解码巴纳德星（ Barnard’s Star ）

博科园AI人工智能助手 图灵

[ AI在线 ] 4.0大模型 AI对话 AI绘画 AI音乐…

hi 人类

巴纳德星（ Barnard's Star ），是一颗质量非常小的红矮星，位在蛇夫座 β 星（ β Oph ）附近，蛇夫座 66 星的西北侧，距离地球仅约 6 光年远。美国天文学家爱德华·爱默生·巴纳德在 1916 年测量出它的自行为每年 10.3 ″ ，是已知相对太阳自行最大的恒星。为纪念巴纳德的发现，后来称这颗恒星为巴纳德星。

图片：巴纳德星在天球上的位置（此图实际上是 2024 年初的图像，因为该恒星的自行很大）

巴纳德星距离太阳约 1 . 8 秒差距（ 6 光年），是蛇夫座（ Oph ）内距离我们最近、宇宙中距离太阳第二近的恒星系统，也是距离太阳第四近的恒星，前三颗接近太阳的恒星都是半人马座 α （ 南门二 A 、南门二 B 、比邻星）系统的成员。尽管它如此的接近地球，但是人类肉眼仍然看不见巴纳德星。

由于它相当接近太阳，而且位于容易观测的天球赤道附近，所以 M4V 型矮星巴纳德星比任何恒星受到天文学家更多的研究和注意。天文学家的研究曾经聚焦在恒星的特征、天体测量和推敲系外行星可能存在的极限。虽然这是一颗古老的恒星，天文学家仍然观测到巴纳德星发生过耀斑爆发。

天文学家曾对这颗恒星的一些研究题材发生争议。从 1960 年代初至 1970 年代初长达十年之久，天文学家彼得·范·德·坎普（ Peter van de Kamp ）曾声称有一颗巨大的气体行星环绕着巴纳德星，一些天文学家也接受他的说法。天文学家后来认为该恒星附近可能存在类似地球的小型行星，所以巨大行星存在的可能性就大为降低，彼德·范德的主张也被推翻。天文学家十分注意这颗恒星，它也是无人旅行到邻近的恒星系统可以快速前往研究的一个目标。

巴纳德星是一颗 M4V 型的黯淡红矮星，观测者必须使用望远镜才能看见。它的视星等为+ 9 . 54 等，与全天最亮的恒星天狼星（即 α CMa ，-1.5等）和肉眼可见的最暗星（+ 6 . 0 等）相较之下（亮度的关系是以对数计算）， + 9 . 54 等的巴纳德星亮度只有 + 6 等星的约 1 / 26 。

巴纳德星的年龄介于 70 亿至 120 亿年之间，不仅比太阳古老，天文学家还认为它可能是银河系中最古老的恒星。它已经失去了大量的转动能量，光度的周期变化显示巴纳德星自转一周需要 130 天（相较之下太阳只需要 25 天）。因为巴纳德星是一颗古老的恒星，所以长久以来都被假设是一颗休眠期中的恒星，但是天文学家在 1998 年观测到一个强烈的恒星耀斑，所以巴纳德星其实是一颗耀星。巴纳德星也是一颗变星（天龙座 BY 型变星），标示为 V2500 Oph 。

自行运动是天体在天球上对应的横向速度（相对太阳的“横向”移动），巴纳德星的自行速度是 90 km / s ，相当于每年在天球上移动 10.3 ″ ，所以这颗恒星在人的一生中可以移动 1 / 4 ° ，相当于满月视直径的一半。

巴纳德星的径向运动朝着太阳接近，所以天文学家可以观测到蓝移。目前有两份星表列出巴纳德星的径向运动数值： SIMBAD 是 106 . 8 km / s ； ARICNS 是 110.8 km / s 。天文学家将这些测量值与自行运动一起考虑后，认为它在太空中朝着太阳的相对速度是 139.7 km / s 或 142 . 7 km / s 。天文学家根据巴纳德星朝向太阳移动的速度推算，它将在公元 9 , 800 年左右时最接近太阳，届时距离为 3 . 75 光年，但是当时最接近太阳的恒星仍是比邻星，因为它将会移动到比巴纳德星还要更接近太阳的位置。令人失望的是届时这颗星依然很黯淡，视星等只有 + 8 . 5 等，肉眼仍然看不见它，之后它又将稳定的远离太阳。

巴纳德星的质量大约是0.14 M ⨀ ，半径是 0 . 15 – 0 . 20 R ⨀ 。虽然它的质量大约是 180 M ♃ ，但是半径只比木星大 1.5 至 2 倍，所以这颗恒星与一颗棕矮星的大小相当。它的有效温度是 3134 （ ± 102 ）K ，视亮度是太阳的 4 / 10000 ，实际亮度相当于太阳的 34 . 6 / 10000 。因为它是如此暗淡，如果把它放在太阳的位置，巴纳德星的亮度也只有满月的 100 倍，与站在距离太阳 80 AU 的位置来观测太阳相当。

巴纳德星之所以成为天文学家所瞩目的热门星球，是因为它有几点与众不同的地方。第一是自行速度，第二是距离近，第三个也是巴纳德星最吸引人的地方，是这颗恒星周围很可能有两颗大小约等于木星和土星的行星在围绕着它旋转，是离我们很近的另一个太阳系。

因为巴纳德星拥有几点与众不同的特征，所以它成为天文学家相当瞩目的恒星。巴纳德星是目前所有已知恒星中自行运动最快的恒星，因此有时候也被称为巴纳德“逃亡之星”（ Runaway Star ），它的自行速度比大熊座（ UMa ）的飞行之星（ HIP 57939 ）快一倍。恒星通常每年的自行速度还不到 1 ″ ，牧夫座大角星（ Arcturus / α Boo ）自行运动算是比较明显的，但是一年也不到 2 ″，而巴纳德星每年的自行运动却高达 10 . 31 ″。巴纳德星距离太阳系只有 5 . 96 光年，除了南门二系统（半人马座 α 三合星）外，它是距离地球最近的恒星。巴纳德星最吸引人的地方是这颗恒星周围很可能有两颗大小约等于木星和土星的行星围绕它公转，是一个距离地球很近的恒星系。

一般而言，恒星在我们看来是“恒定不动”的，但其实只是由于恒星通常与我们的距离都在数百、数千甚至数万光年外，故即便有运动，但由于相对位置改变较小，很难被察觉罢了。但倘若恒星距离较近，相对就容易看出它的改变，天文学家称此现象为“恒星自行运动”。但恒星自行运动只反映了恒星在垂直于我们视线方向的切向速度。恒星在沿我们视线方向也在运动，其速度称为视向速度。

巴纳德星每年自行运动约 10 . 31 ″ ，相当于拥有约 90 km / s 的速度，它的视向速度是以 106 . 8 km / s 接近我们。以此速率计算，天文学家认为公元 11,800 年时，它将运行到距离太阳 3 . 85 光年处，而成为除太阳外最接近我们的恒星，取代比邻星（ 4 . 3 光年）的位置，那时亮度将增加到 + 8 . 5 等。

从 1963 年开始的 10 年之间，有为数众多的天文学家接受彼德·范德的观点：他声称观测到巴纳德星自行运动上的摄动，显示它拥有一颗或数颗比木星更大的行星。彼德·范德从1938 年就开始观测这颗恒星，并与斯沃斯莫尔学院（ Swarthmore College ）天文台的同事企图以微尺从摄影干板上测量它的位置变动，与行星一致的轨道摄动，以证明它有行星级伴星的存在；他曾动用十个人测量巴纳德星在干板上的位置，避免系统或人为的误差产生。彼德·范德最初建议有一颗 1.6 M ♃ 的行星，以 4.4 AU 的椭圆轨道绕行着巴纳德星，他在 1969 年以论文明确的提出这些观测结果。他在同一年稍晚提出巴纳德星拥有两颗行星，质量分别为 1.1 M ♃ 和 0 . 8 M ♃ 。

其他的天文学家接着重复进行彼德·范德的观测，并在 1973 年发表了两篇重要的论文否定巴纳德星附近存在着一颗行星或数颗行星。天文学家盖特伍德和埃克霍恩在不同的天文台使用新的干片测量技术，但是都未能证实行星级伴星的存在。赫尔希在四个月之前发表的论文，同样使用斯沃斯莫尔天文台的资料，发现观测巴纳德星时发现到的各种变化与望远镜的镜头进行调整和修改的时间有关；认为彼德·范德“发现”的行星是望远镜维护和升级时所造成的假象。

彼德·范德从未承认行星并不存在，并且在 1982 年末再度发表巴纳德星附近有两颗行星的论文。彼德·范德在斯沃斯莫尔天文台的后继者 Wulff Heintz （他也是一位双星专家）对他的研究结果表示怀疑，而且后来持续批评彼德·范德在 1976 年之前的研究结果；两人的关系也因此而疏远。

天文学家还不能完全排除行星存在的可能性，他们在 1980 年代和1990 年代中对巴纳德星伴星的观测最后都没有成功，于是他们最后在 1999 年利用哈勃太空望远镜来进行干涉测量仍未发现行星的踪迹。

这些争议对系外行星的研究也许有负面的影响，但至少提高了巴纳德星的知名度，使这颗恒星的声望在科幻的社群中不断的提升（科幻中的巴纳德星），并且被纳入代达罗斯计划的观测目标。

天文学家 Peter van de Kamp 在1963年发表对巴纳德星自行运动扰动现象的观测与分析，推测它可能有一颗大小约等于木星的行星以 24 年为周期绕其运行，当时曾获得多数天文学家的同意。但到 80 年代当收集的数据越来越多，发现许多矛盾后，这个结论开始有争议，普遍认为当年的推论是错的。

新的分析认为巴纳德星有两颗行星；其中一颗行星的轨道周期为 11 . 7 年，轨道半长轴约 2 . 7 AU ，质量约为 0 . 8 M ♃ ；另外一颗星则为 20 年、 3 . 8 AU 和约 0.4 M ♃ 。如果这些资料是正确的，则这将是用天体照相测量法找到的第一个包含有类行星的行星系。这些观测需要极精确而长期的测量，所以对它们的推论还只是暂时的。

无论最终结果如何，从某种意义上说，我们确实已经发现了巴纳德星运行在同一轨道面上的行星系，只是更确切的证实还有待于今后的研究。

巴纳德星属于红矮星，光谱分类为M4V，表面温度约为 3000 K ，视星等是 + 9 . 6 等，亮度很弱，以肉眼观测是看不见的。它的绝对星等是非常弱的 + 13 . 3 等，若将它和太阳放在一起，则它的亮度只有太阳的 4 / 10000 。它的质量约为 0 . 17 M ⨀ ，直径约是太阳的 1 / 6 ，相当于只有地球的 20 倍大。

英国星际学会（ British Interplanetary Society ）在上世纪70年代重新回顾了猎户座计划，并提出代达罗斯计划，只不过以更强大而且环保效果好一些的聚变力量代替原子弹。这个计划的目标是向 6 光年以外的巴纳德星（Barnard's star，是距离太阳系第二近的星）发射一个探测器，并用 50 年的时间到达那里。

这个项目不是在象猎户座计划那样在外部爆炸，而是内部的发动机，在一个磁场构筑的“燃烧室”中，向小燃料球照射发射电子束，产生离子。用磁场限制离子浆的办法将比猎户座计划更高效，因为猎户座计划中原子弹的大部分爆炸能量都没投射到船体上转化为动力。

探测飞船的质量为 5 . 4 万吨，其中推进装置重量是 5 万吨，预计经过持续 4 年的加速后，可以达到光速的 1 / 8 （约 3 . 75 万 km / s ）。可以说代达罗斯计划的理论是很有说服力的，设计上并没有什么突兀之处。有不少科学家认为我们执着于受控核聚变是没有意义的，我们完全可以用不完全受控的核聚变来作为动力，而象猎户座计划所需要的那些技术甚至在上世纪 60 年代末就已经存在了。

总的来说，核裂变发动机是相当现实的东西，而核聚变发动机则基本偏向科幻，需要很多技术突破才能变成现实。但裂变材料很稀缺，而用于核聚变的氘和氚却很多，在近处的月球上尤其丰富。此外，核聚变还有大幅度降低辐射污染的前景，其方式是利用氢核（质子）和硼- 11 （原子核中有 6 个中子， 80 % 的硼是以硼- 11 同位素的形式存在）反应，虽然反应困难而且产生的能量小，但不产生 γ 射线和中子，只产生 α 粒子，可以说是相当干净的反应。所以人们对核聚变发动机仍旧存在更大的期望。

*这是 2024 年初的数据

其他命名：巴纳德逃亡之星， BD+ 04 ° 3561 a ， GCTP 4098 . 00 ， Gl 140 – 024， Gliese 699 ， HIP 87937 ， LFT 1385 ， LHS 57 ， LTT 15309 ， Munich 15040， Proxima Ophiuchi ， V2500 Ophiuchi ， Velox Barnardi ， Vyssotsky 799 

发现新行星：此次发现 3 个行星代表了开普勒项目所取得了一系列里程碑式成果中的最新一项。 2011 年 12 月，研究组的科学家公布了他们在一颗类太阳恒星宜居带中发现的首颗系外行星：这是一颗大小相当于地球 2 . 4 倍的行星，名为 Kepler – 22 b （ 19 h 16 m 53 . 96 s ， + 47 ° 53 ′ 11 . 6 ″ ）。而之后同样是在12月份，小组又宣布发现首颗地球大小的系外行星，分别命名为 Kepler – 20 e 和 Kepler – 20 f （ 19 h 10 m 49 . 17 s ， + 42 ° 20 ′ 27 . 3″ ）。

这次 KOI – 961 的 3 颗新发现的小个子系外行星已经被分别编号为： KOI – 961 . 01 ，KOI-961 . 02 和 KOI – 961 . 03 。这项最新成果得益于人们此前对于 KOI – 961 ，即巴纳德星掌握的详细资料。正是由于掌握了这一恒星系统的详细数据，科学家们此次才能得以利用其亮度变化的幅度计算出遮蔽光线的行星的大小。除了使用开普勒望远镜和地面大型望远镜的观测数据之外，小组还借助了计算机模型技术来检验他们的结果。 　在此之前，利用开普勒项目公开发布的资料，人们仅从中找出了 6 颗系外行星的存在。美国宇航局设在加州的埃姆斯研究中心负责开普勒望远镜项目的地面系统管理，任务运行以及科学数据分析工作。宇航局喷气推进实验室则负责开普勒项目的开发工作。

赤道北方北纬 4 ° 附近地区的观测者可以在天顶附近的位置直接观测到巴纳德星，理论上在 90 ° N到 86 ° S 的地方都能看得见巴纳德星，虽然接近南方或北方地平线时的大气消光会使这颗恒星的光度减弱，但几乎地球上的每个纬度仍都能看见它。

这颗恒星有许多性质与太阳相似，邻近巴纳德星的许多恒星都是最小和最常见的红矮星。目前最接近巴纳德星的红矮星是罗斯 154 ，距离为 5 . 41 光年（ 1 . 66 秒差距）。相对来说，太阳和比邻星是接下来的最接近巴纳德星的恒星系。如果在巴纳德星的位置上来观测星空，太阳在天球上相对的座标位置正好在麒麟座（ Mon ）的东部，为 RA = 5 h 57 m 48 . 5 s , Dec = − 04 ° 41 ′ 36 ″。绝对星等为 + 4.83 等的太阳在距离 1 . 834 秒差距的巴纳德星上，将会是一颗令人印象深刻的一等星，类似北河三（ β Gem ）相对于地球上的观测者。