讲点干货天文知识吧（持续施工中）。流浪地球的目的地，半人马座α。很多人都知道，距离太阳最近的恒星叫做比邻星，距离我们只有4.24光年。可抬头仰望星空，小亮点那么多，比邻星到底是哪颗呢？还有，太阳也是离比邻星最近的恒星吗？首先，很遗憾的是，比邻星是一颗暗淡的红矮星，视星等只有11.13等，远远超过了人类的裸眼目视极限6等，因此肉眼是看不见它的。但是第二个问题的答案，却可以给我们指明一个比邻星的大致方向。离比邻星最近的恒星并不是太阳，而是两颗正直壮年的明亮恒星，他们三个共同组成了一个三合星系统，西方的名字叫半人马座α星，在我们中国的天图上，它们的名字叫南门二。南门二距离我们4.34光年，综合视星等-0.27，是全天排名第三的亮星。由两颗主序星南门二 A ，南门二 B 和红矮星比邻星组成。其中，南门二 A ，南门二 B 是一对双星系统，在一个椭圆轨道上互相围绕着旋转，周期为79.9年。最近距离是11.2个天文单位，大概是太阳到土星那么远。最远时相距35.6个天文单位，也不过就是太阳到冥王星的距离。而比邻星则是在距离15000个天文单位，也就是0.21光年的超远轨道上围绕AB系统公转。以它的速度，大概要50万年才能转完一圈。老规矩，先来一张高清大图南门二 A，英文名字叫Rigil Kentaurus。从各个方面来看，它都非常像是太阳的双胞胎哥哥。南门二 A 与太阳拥有一样的光谱类型G2V，因此它们看上去几乎是一样的黄白色。它的年龄在56亿年左右，比太阳略微年长，质量是太阳的1.1倍，半径约为1.2234倍。亮度是太阳的1.519倍。都稍微比太阳大一些。南门二 B，英文名字叫Toliman。它的光谱是K1V，比太阳看上去更橙色一些。年龄大概在53亿年左右，也比太阳古老，但质量和体积却更小，质量为0.907太阳质量，半径为0.8632太阳半径。光度也只有太阳的一半。尽管它不像南门二 A 那样明亮，但它在X射线波段具有更大的能量输出，南门二的X射线辐射主要就来自于它。在哈勃太空望远镜的高清相机下，南门二 A（左侧）和南门二 B（右侧）很容易就可以分辨出来南门二 C，也就是比邻星了。它的英文名字叫Proxima，是一颗光谱类型为M5.5Ve的红矮星。它的质量只有太阳的0.1221倍，半径为0.1542个太阳半径。光度是太阳的0.0017倍，比太阳暗淡2万倍以上，即使在相距仅0.2光年的南门二 A 上看过去，比邻星也只有大概5等，勉强能被看见。红矮星是恒星中的小矮人，质量通常都不到太阳的一半，表面温度很低，因此都呈现为红色，这也是他们名字的来源。我们肉眼看不见任何一颗红矮星，因为他们实在是太暗弱了。然而，红矮星却是恒星中的主力军，我们的银河系中有70%的恒星都是红矮星。由于他们的表面温度低，核反应速度比较缓慢，因此红矮星是恒星世界的长寿冠军，据科学家估算，红矮星可以拥有上千亿甚至上万亿年的寿命。而我们的宇宙的年龄也不过138亿年，很多红矮星几乎与我们的宇宙一样古老，称得上真正的寿与天齐了。古人是看不见比邻星的，自然它也就不像天狼啊大角啊这样拥有流传下来的中文名。但比邻星的名字，也充满了寓意。在1915年比邻星被发现后，它的英文名字被命名为Proxima，意思是“半人马座中距离最近的”。而我们中国的天文学者则根据王勃的诗“海内存知己，天涯若比邻“，为这颗太阳最近的邻居，取了比邻星这么一个诗情画意的名字。看来，理科生也可以浪漫得很呀~太阳与南门二一家子的大小比较图南门二 A 的视星等为+0.01。单独来看，它是天空中第四亮的恒星，略高于织女星（+0.026），但比天狼星（-1.46），老人星（-0.74）和大角星（-0.05）更暗淡。南门二 B 的视星等有+1.33，比最暗的一等星，狮子座的轩辕十四还要亮一些。而它们合在一起后，组合亮度达到了-0.27，成功超越了大角星，排到了全天第三。大角星：哼，星多了不起啊！南门二：没错，星多就是了不起，不信你问问五车二。五车二：你咋不说北河二呢。北河二：团结就是力量～十字架二：（唱）团结就是力量～心宿二：那也得看团结的是谁吧？我那个小兄弟才5.5等，有个球用。大角星：反正叫二的都是不要脸的团伙！河鼓二：骂人别开地图炮嗷！老子现在单身了！很久很久以后...参宿二：对啊，星多了不起啊！注：有个好玩的巧合，目视星等排名前30的亮星中，南门二，五车二，北河二，十字架二，心宿二这些中文名字里带个"二"的都是双星或是聚星。只有河鼓二（牛郎星）和参宿二是例外。河鼓二曾经也被认为是个四联星系统，但最近的研究表明其他三颗都是遥远的背景恒星。而参宿二是前30名里离我们最远的恒星，远在1980光年之外。另：天文学家也曾假设过大角星有个暗弱的伴星，但很快被辟谣，它自始至终都是个单身狗。南门二如此明亮，自然是非常好辨认。可惜南门二比老人星还要偏南，在海南岛都很难观测的到。但在南半球，南门二非常容易找到。因为他附近有另外一颗一等星，马腹一。他们两个离的非常近，几乎跟双子座的两颗亮星北河二和北河三距离差不多。目前，在视线上，南门二正在向着马腹一的方向移动，在大约4000年后，它们俩将几乎重合，成为视觉上的双星。当然了，只是视觉上而已。马腹一远在390光年之外，比南门二远了将近一百倍。而在西边不远处，是壮观的南十字星座，两颗一等星和两颗二等星组成了巨大的十字架。它们六颗星挤在比猎户座的范围还要小的天区里，实在是过于显眼了。而其中最亮的那颗，就是南门二啦。南门二和南十字星座的方向，有许多漂亮的星云在一般的印象里，既然是一个恒星系统了，那里面的星星就算不是形影不离吧，至少也得是相伴相随了。然而我们的南门二系统却特立独行的很。虽然比邻星与南门二AB组成了三合星系统，但由于它们三个离我们太近了，比邻星又实在与南门二AB相隔过于遥远，这导致比邻星看上去离目视中的南门二很远，远到根本不像是在一个系统中。在下面的图中，红圈标明的位置就是比邻星。可以看到它与南门二，马腹一组成了一个直角三角形，而比邻星就位于直角的顶点位置。在它们中间，还有许多小亮点，看上去离南门二更近，但也只是看上去而已。比邻星与南门二才是真真正正的一家人。这也算是“海内存知己，天涯若比邻”的另一种解读吧。如果有机会看到南门二，一定要往红圈这个方向望上一眼，就约等于“看见”比邻星啦。刘慈欣的另一部大作《三体》中，三体人的故乡，也是南门二。大刘在小说中天马行空的描述了三体文明，而现实中，人类对于这位近邻的地外文明探索也是如火如荼的进行着。在2016年、2020年和2022年，三颗比邻星的行星被发现，并分别被命名为Proxima Centauri b、c和d。它们是离地球最近的系外行星。其中，比邻星b位于恒星的宜居带上，并且是一颗与地球一样的类地行星。质量是地球的1.27倍以上，公转一周只需要11.2天。由于轨道很靠近母星，很可能被潮汐锁定了，也就是永远只有一面朝向比邻星，没有早晚，也没有季节之分。天文学家推测，它有很大的可能性存在液态水。但若是就此断定上面有智慧生命，也有些乐观了点。虽然比邻星距离南门二AB很遥远，几乎不会受到它们的引力影响，导致混乱的三体运动问题。但比邻星是一颗耀斑恒星，时不时就会产生比太阳要强得多的耀斑爆发，辐射出超高能量的射线，将大气层吹散。在2019年的耀斑爆发中，在短短的7秒之内，整个恒星的亮度暴增了1.4万倍。而比邻星b距离母星只有0.05个天文单位，也就是地球到太阳距离的二十分之一。这么近的距离承受如此大能量的辐射，比邻星b上的严酷环境可想而知。而对于比邻星这样的耀斑恒星来说，这样的耀斑爆发非常频繁，往往几天就有一次，且毫无规律可言。还有一点，比邻星太小太冷了，并且大部分能量辐射都在红外线波段。因此，即使离的那么近，比邻星b获得的可见光波段的能量，也只有地球的3%。而相对应的，X射线波段的辐射却是地球的400多倍。如果比邻星b上真的存在生命的话，很可能利用的并不是可见光，而是X射线或红外波段的射线。这意味着那会是与我们完全不同的生命形式。三体问题是著名的数学难题，三颗恒星互相围绕旋转时，会因为彼此引力的影响，导致运动轨迹毫无规律。这对于周围的行星上的生命是致命的。大刘想象中的三体星人，就生活在这样的环境中，因而经历了几百次文明毁灭在《流浪地球》中，晚年的太阳演变成了红巨星，已经变得不再适合人类生存。为了应对随时发生的氦闪，人类决定带上地球，出发前往4.3光年之外的比邻星。大刘的想象很丰满，可是现实很骨感。比邻星根本就不适合人类生存。南门二AB的环境倒是可以考虑一下，但是这两颗恒星跟太阳寿命差不多，还比太阳要老一点，等太阳变成红巨星的时候，大一点的南门二 A 早在十几亿年前就走完了主序星和红巨星生涯，变成了一颗白矮星。而南门二 B 也垂垂老矣，没几亿年可活了。看来，地球流浪的计划还是要再好好规划一下。好在我们还有40多亿年的时间，可以慢慢考虑呢（微笑～）2019年4月，位于澳大利亚的帕克斯天文台接收到了一组疑似比邻星发来的无线电信号，这个信号属于特高频，目前还没有已知的自然现象可以产生这样的信号。这为地外文明的寻找打了一剂强心针，世界各地的天文爱好者都沸腾了，纷纷开始畅想与外星人的沟通交流。但是严谨的天文学家们，对此依然抱有谨慎的态度，由于并没有再接收到类似信号，这很可能只是个来自地球的干扰信号而已。天文台表示，会进一步分析信号的来源，我们还是继续期待着未来的新发现吧。最近，霍金参与提出的"突破摄星"计划又被媒体炒热。虽然所谓的速度达到光速五分之一的光帆飞船还仅存在于PPT中，与真正实现之间还隔着非常遥远的距离，但只要人类探索宇宙的脚步不停歇，终有一天，我们会飞出太阳系，去往更广阔的地方。正如霍金所说：“什么是让人类独一无二的品质？在我看来，超越极限是我们独有的品质。今天，我们迈出了驶向宇宙的又一大步，因为我们是人类，我们的本质就是飞翔。”我们的目标，永远是星辰大海。PS：这是我专栏里的文章，偷懒直接贴过来啦！对星星感兴趣的小伙伴欢迎关注我的专栏呀（在下面）！致力于为每颗星星写个小传~会一直更新的~红巨星和氦闪在流浪地球的小说里的设定是太阳突然氦闪，之后变成了红巨星。这其实是个小错误。实际上，在恒星演化过程中，是先变成红巨星，之后才会氦闪。不过电影里已经修正了这个错误，设定变成了太阳不知道什么原因突然加速老化了，体积开始膨胀，100年之后就会发生氦闪。这就比较符合恒星的演化规律了。但是太阳突然老化的原因并没有说明，就当成是个科幻设定吧。下面简单介绍一下红巨星和氦闪有关的知识吧。恒星演化图。后面主要介绍一下图里下半部分的内容红巨星是中小质量恒星（小于8倍太阳质量）的一个演化阶段，发生在恒星的星生晚年。恒星都诞生在分子云中。分子云会因引力而塌缩，内部温度不断升高，直至温度高到可以进行氢的聚变反应，这时一颗恒星就算诞生了。初生的恒星主要由氢和氦构成。其中氢占了差不多四分之三，氦占了四分之一。在开始阶段，恒星只会在核心进行最简单的氢聚变，产物是氦。核聚变产生的向外的辐射压力与向内的引力达到平衡，恒星可以维持一个固定的大小。这是恒星星生中最长的阶段，称为主序星阶段，大概占了恒星生命周期的90%以上。当恒星内部的氢逐渐燃烧殆尽，辐射压不足，内核里引力占据了上风，内核开始收缩。这时，恒星外层的氢也开始加入燃烧。由于外壳的氢面积更大，因此恒星的燃烧加剧，亮度增加，变为原来的1000~10000倍。同时，外壳处向外的辐射压增加，恒星体积开始扩张，半径变为原来的80~100倍。虽然恒星的亮度增加了，但恒星体积的扩张速度更快，这导致恒星的表面温度下降，颜色变红。此时，恒星进入了第一次红巨星阶段。在这个阶段，太阳会膨胀到可以吞没金星，地球的表面温度也可能飙到1000摄氏度以上。如果那时候人类还在的话，根本等不到氦闪阶段，红巨星之前就得策划跑路了。变成红巨星的恒星，亮度持续增加，内核温度也开始飙升，压力不断增加，生成的氦堆积到内核，成为简并态物质。当内核温度达到1亿度时，氦元素的聚变被点燃。因为简并物质导热性能好，氦燃烧会在短时间内扩大，内核支撑不住，就会产生突然的爆炸式的氦聚变。这就是氦闪。之后核心膨胀，消除了简并状态，氦开始了平稳的燃烧。另外，质量在太阳0.8倍~2倍的恒星，才有可能发生氦闪。质量太小，核心温度太低，不够点燃氦，所以也就不会有氦闪。质量太大，核心还没有变成简并状态的时候，氦就开始聚变了，因此氦会平稳的燃烧，也不会有氦闪。氦闪会在短时间内释放巨大的能量。但它发生在恒星内部，能量会被恒星的外层吸收，恒星并不会如想象中的突然变亮，恰恰相反，氦闪发生后，内核会膨胀，冷却，这反而会造成恒星的光度下降。但同时，恒星表面温度会增高，恒星会从红色变黄一些。这时恒星进入了水平分支。当恒星核心的氦也燃烧的七七八八的时候，辐射压又不够用了。此时恒星又开始经历之前膨胀的阶段，核心收缩，外壳膨胀，只不过当年在烧氢，现在变成烧氦了，这被称为渐进巨星分支。在渐进巨星分支的终点，恒星的亮度增加赶不上体积膨胀，表面温度降低，变得越来越红，恒星进入了第二次红巨星阶段。作为中小质量恒星，内核的温度不够再点燃更重的碳和氧元素了。恒星无法再经历一次"氦闪"式的收缩，只能把"内核收缩，外壳膨胀"持续下去，直到核心收缩成为由电子简并态抵抗引力的高密度星体，白矮星。而外壳则扩散成为行星状星云，留给宇宙最后一抹亮色。这是著名的行星状星云，猫眼星云。行星状星云生命很短暂，通常在3万年左右就会消散。这是恒星留给宇宙最后的美。PS：之前答过一个问题里有介绍过氦闪，想了解更多的小伙伴可以戳这里。}

我们从小就知道“世界上没有两片一样的雪花”，但知道得太早未必是好事，我们会把它看得理所当然，忘了思考它们背后的机制。观察雪花是很早就有的事情，西汉韩婴的《韩诗外传》有相当著名的一句：“凡草木花多五出，雪花独六出。”——雪花为什么有六个瓣，就是我们首先要思考的问题。雪花是冰，冰是水的晶体，晶体是原子、分子或者离子周期性地充满空间，那么受几何原理的限制，世界上的晶体有7种基本的类型，包括三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、三方晶系、六方晶系、立方晶系。依据构成物质的微粒不同，物质可能在不同的条件下形成不同的晶体，对于水来说，它在一个大气压附近缓慢结晶时会形成六方晶系，这是因为水是极性分子，两个氢氧键不但有104.45°的夹角，还会在结晶时形成两个氢键，这使得水分子形成的晶体单元凑不成瓷实的立方体，只能把键角掰大一点，差不多106.6°，在空间中勉强形成蜂巢状的六方结构——尽管理想的蜂巢应该有109.5°。冰是六方晶系，这就解释了雪花为什么总是六个瓣：晶格中的顶点或者棱，总是比晶格中的面更容易结合自由的水分子，使得雪花向着六个棱的方向延长，并且不断重复这种堆积，这就形成了细腻的分形结构。但是这些微观结构到很晚才被人类重视。1902年，美国摄影师威尔逊·本特利拍摄了人类的第一套显微雪花照片。人们惊诧于它们身上凝结着的秩序和多样，在显微镜下拍摄雪花从此成为了世界各地摄影爱好者的趣味挑战。“世界上没有两片一样的雪花”逐渐成了当代最为人所知的格言。然而这句格言错了，想找两片一样的雪花一点都不难，连下雪都不用等。加州理工学院的物理学博士肯尼斯·利伯布莱切特（Kenneth Libbrecht）多年来在实验室中制造雪花，观察雪花的生长方式，他首先冷凝翻腾的潮湿空气，制造微小的六边形冰核，然后在寒冷平整的表面上培养这些冰核：结果他发现，只要温度和湿度相同，所有的雪花都是一个样。他甚至可以控制雪花的形状。其实这也不难理解，水分子附着在雪花的哪个位置上虽然是一组微观现象，充满了随机，但在宏观上就表现为统计结果，只取决于温度、湿度和雪花的形状三个条件，既然我们在实验室里严格控制了这三个变量，那么雪花就应该长得一样——我们在自然界里从未观察到两片一样的雪花，仅仅是因为云层中的结晶环境太复杂多变，每一朵雪花都经历了截然不同的一生。我们找到了两片一样的雪花https://www.zhihu.com/video/1116415226618277888想了解更多你不知道的知识，请在微博、微信公众号、哔哩哔哩、YouTube，搜索「混乱博物馆」，关注我们。}