中国古代新星和超新星的记录丨科学史

编者按：公元185年12月7日，中国天文学家观测到超新星SN185，位置在圆规座和半人马座之间，靠近南门二的附近。这是人类历史上发现的第一颗超新星。《后汉书》对超新星SN185 有过记载，原文为：“中平二年十月癸亥，客星出南门中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消”。今天，我们一起来梳理下我国历史上对新星和超新星的记录。

中国人一直是世界上最为勤勉、最为精确的天文观测者。历朝历代的皇家天文台都有专职人员负责，日夜不停地进行天象观测活动，为后世留下了极为丰富的天象记录，使得中国古代对很多天象的记载在世界各文明中是最丰富的，也是持续时间最久的。这些珍贵的史料，不但为我们了解天文发展的历史提供了大量资料，有些对现代天文学的研究也具有重要的现实意义，成为全人类最为珍贵的科学遗产之一。其中，中国古人关于“客星”（新星和超新星）的记载，使我们如今能够更好地理解大质量恒星生命终结的复杂机制，这也是中国古代天象记录服务于现代天文学的经典案例。

景德三年（1006年）四月初二，司天监发现一颗新出现的星，取名为周伯星。《宋史天文志》记载“周伯星见，出氐南，骑官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物”，由于其形同半轮明月，亮度很高，令人目眩，甚至在夜间也可读书写字，且这种情形持续将近三个月，周伯星被认为是超新星，它在接近生命终点时猝然爆发，可以在极短的时间内成为银河系中最亮的天体。不久后的1054年，又发生了一次超新星爆炸，这也成为人类历史上最重要的天文事件之一。宋朝的天文学家不仅目睹了这次天象，还完整地记录下了整个过程。或许，古人自己都没有想到，当时这些曾被古代帝王用于星占的天象观测，如今还能够以另一种形式再次换发出新的魅力，成为我们窥探宇宙之谜的钥匙。

图1 《御制天元玉历祥异赋》中的“周伯星占”

（古代星占中有“国欲昌，周伯黄光”的说法，周伯星黄色的光芒预示着国家的繁荣昌盛）

天上多数恒星的亮度几乎都是固定不变的，但有时也有恒星会发生亮度起伏变化，被称作“变星”。变星分为食变星、脉冲星和爆发星三大类。

食变星是双星系统中的一个子星，因两星相互遮蔽导致了亮度的起伏，大陵五就是最具有代表性的一个食变星，在西方，大陵五是英仙座内一颗明亮的恒星，被认为是希腊神话中的蛇发女妖美杜莎的头颅。脉冲星则是旋转的中子星，其发射的电脉波有短而稳定的脉冲周期，如同人的脉搏一样，亮度也会有规律性的周期变化。

变星中最能引起人们关注的就是新星和超新星这些爆发型变星。一些原本勉强可见，甚至根本观测不到的暗星，有时在几天之内亮度突然增加上万倍，这样的恒星爆发就是所谓的新星。如果这些星爆发异常的猛烈，其亮度增大了几千万乃至上亿倍，则被称为超新星，超新星也是人们已知恒星世界中最为激烈的爆发现象之一。

中国古人观测恒星亮度的变化在相当大程度上是出于占星术的需要，司马迁在《史记》中就有一些对于恒星亮度变化的记载。不过，古代天象记录中关于新星和超新星这些短暂亮度变化的星则更加具有历史文献价值。中国古代称新星和超新星为“客星”，这个富有诗意的名字在汉代就已出现，很形象地将新星和超新星视为来到天空中的客人，这与新星爆发前后的亮度变化，并最终会“消失”的特征有关。明代《观象玩占》说：“客星，非常之星。其出也，无恒时；其居也，无定所。忽见忽没，或行或止，不可推算，离于星辰之间如客，故谓之客星。”

中国古代的客星有时还被分成不同的类型，如星占著作中曾将客星分为五大类，分别是周伯、老子、王蓬絮、国皇、温星。其中，周伯星呈黄色，外形比较大，非常明亮；老子星呈白色，外形大；王蓬絮星呈粉色，像棉絮一样，有点飘忽；国皇星呈黄白色，外形较大，远远望去有芒角；温星呈白色，外形较大，像被风吹动了一样。

图2 客星的不同形式（周伯、老子、王蓬絮、国皇、温星）

一般认为，最早的一次新星记录可能见于《汉书天文志》， 记载有“元光元年（公元前134年）六月，客星见于房”。房宿位于现在的天蝎座。据记载这次新星爆发在西方也曾被古希腊天文学家依巴谷观测过。不过也有些人怀疑，这有可能是彗星而不是新星。因为彗星出现之初，也有亮度增大的现象，但由于彗尾还不清晰，容易被误判成“客星”。

最早的超新星记录也出现在汉代，《续汉书天文志》记载，东汉灵帝“中平二年（185年）十月癸亥，客星出南门中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月乃消”，这次超新星爆发的可见时间大约有两年，位置在半人马座α和β之间，如今天文学家仍然能在这个位置上找出一个明显的射电源。

据中国古代典籍记载，自汉代到十七世纪末较为可靠的新星和超新星记录有六七十次之多，其中比较著名的客星有如下几颗：

185年，南门客星。

386年，南斗客星。

1006年，骑官客星。

1054年，天关客星（蟹状星云M1）。

1181年，传舍客星。

1572年，阁道客星（第谷超新星）。

1604年，尾分客星（开普勒超新星）。

图3 《汉书·天文志》客星记载

（元光元年六月，客星见于房。元凤四年，客星在紫微宫）

图4 《宋史·天文志》景星记载（1006年超新星）

图5 《明史天文志》对客星的描述

在这些新星和超新星记录中，最具有意义的应该是1054年天关客星了，它对现代天文学的研究产生极其重要的影响。作为这次超新星的遗迹，蟹状星云是天空中最强的射电源之一，1892年美国天文学家首次拍摄了蟹状星云的照片，1921年天文学家邓肯再次拍摄照片时，发现蟹状星云中的物质正在从中心向外运动，表明它处于膨胀中。被誉为星系天文学之父的哈勃在随后做了如下判断，因为蟹状星云膨胀很快，按照这样的膨胀速度，它大约产生于900年前。而在中国的史料记载中， 1054年在这一位置刚好出现了客星，并前后持续了两年时间。

据《宋会要》记载：“嘉佑元年（1056年）三月，司天监言：客星没，客去之兆也。初，至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白。凡见二十三日”。可见，这颗超新星的最高视亮度超过了金星（金星是天空中视觉亮度最高的星），它爆发时的实际亮度可能超过了太阳的几亿倍。

图6 蟹状星云

另一颗著名的超新星就是阁道客星，在西方也称为第谷超新星。第谷超新星是一颗位于仙后座的超新星，也是少数能通过肉眼观测到的超新星之一。它于1572年11月由丹麦天文学家第谷布拉赫（1546-1601年）首度观测到，据记载当时的亮度也是比金星还亮，中国的史料对此也有记载，并且这次超新星还被大量地绘于中西方的各种星图中而广为人知。几十年后，曾经作为第谷助手的开普勒在1604年也观测到一颗超新星，即尾分客星，历史上被称作开普勒超新星。

图7 第谷超新星

图8 第谷著作中对1572年超新星的描绘

图9 十七世纪初拜耳星图仙后座中的第谷超新星（左边最亮的一颗）

图10 德国版画中的1572年第谷超新星

图11 崇祯年间《赤道南北两总星图》中的阁道客星

图12 清乾隆中期制作的金嵌珠天球仪中的阁道客星

图13 波兰天文学家赫维留著作中的1670年新星

超新星是一种比较罕见的天象，即便我们的银河系聚集有超过数千亿颗恒星，但每一个世纪只有2到3颗超新星爆发。即便如此，由于位置和距离的因素，它们也并非肉眼都能看见。自从望远镜发明后的四百多年来，人们在银河系中甚至没有观测过任何超新星的爆发。最近的一颗肉眼可见的超新星SN1987A是1987年2月发现的，它位于邻近银河系的大麦哲伦星云，属于一个较小的星系。

尽管采取了很多现代手段，但想要在太空中找到这些大爆炸的遗迹并不容易。这些爆炸最初是非常壮观的，但这种可见的状态一般只会持续几个星期，最多也就几个月。然后，这些爆炸产生的气体就会迅速膨胀和冷却，即使在望远镜中，也很难探测到爆炸后产生的星云。

然而，由于在爆炸过程中，物质被快速喷出，形成接近光速的加速粒子。所以，它们发射的不只是有可见光，还有电磁波或X射线等。这些电磁波可持续数千年，可以通过射电望远镜或卫星上的X射线望远镜进行探测。借助于中国古代客星天象记录提供的线索，如今天体物理学家们已经发现十多个这样的遗迹。

2004年7月，欧洲天文学家利用XMM-牛顿卫星（X射线空间观测卫星）绘制了一张非常精确的星云图，该星云是位于天蝎座之中的超新星爆发遗迹，其坐标为G347.3-0.5。它距离地球的距离为4000光年，从星云的膨胀速度和现在的大小来看，它仍然很年轻，大概可以追溯到1500年前。在《晋书天文志》中，就记载了公元393年3月在这个天区发生的一次客星现象：“[孝武帝太元] 十八年二月（393年2月27日至3月28日），客星在尾中，至九月（393年10月22日至11月19日）乃灭。”

尾宿是四象中东方青龙的尾巴，它由天蝎座末端的九颗恒星组成，其中心距离XMM-牛顿卫星发现的G347.3-0.5星云不到1度。因此，天体物理学家在此之后1600多年再次发现的，很可能就是公元393年超新星爆发所形成的星云。几个月后的2004年11月，另一组来自纳米比亚HESS天文台的研究人员在同一星云所在区域检测到了一个非常强的伽马辐射源，再一次证实了这一结果。而且研究表明其能量非常高，是一次最近爆炸产生的遗迹。

目前，中国也正在计划发射SVOM天文卫星（Space Variable Objects Monitor，天基多波段空间变源监视器），这颗中法合作的卫星，预计于2021年发射。卫星上将装备X射线天文望远镜、X射线和伽玛射线相机等设备，用于探索空间多波段快变天体，可以有效地探测超新星爆发，以及巨型恒星死亡产生的伽玛射线暴等。得益于“天眼”望远镜（FAST）等一系列天文学进展，中国已经成为世界上“看到最远的国家”之一。相信在不久的将来，随着SVOM太空望远镜等项目的实施，中国还将“看得更远”。

来源：中国科学院自然科学史研究所

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