天文学家对准参宿四按下上万次快门，发现了不得了的事情

最近参宿四又上新闻了，但不是爆炸，也不是亮度异常，而是发现这颗已走进演化末期的大质量恒星似乎有一个不为人知的小伙伴！长期以来天文学家普遍认为参宿四孑然一身，独来独往，但一篇即将在《天体物理学报通信》（ApJL）发表的论文[1]中，由Steve B. Howell领导的研究团队表示他们确实找到了参宿四可能有一颗伴星的直接证据。

发现参宿四伴星的研究论文︱参考文献[1]

作为全天最亮的21颗恒星之一，参宿四自古以来就吸引着全世界人类的目光，它也是除太阳以外历史上第一颗被测量出确切直径的恒星。有如此高的关注度，为何参宿四这颗伴星一直不见踪影呢？为何现在人类又能找到这颗隐藏多时的天体呢？

这就要提到本次发现中研究团队运用的一种能够榨干望远镜理论分辨能力的成像技术。

参宿四位于猎户座︱International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA

分辨率可以说是观测天文学家的一生之敌，当年伽利略因为自制望远镜分辨率不够高不仅错失了土星环的发现，还误将土星环当成了土星的两颗卫星。随着望远镜制造技术的发展，望远镜的口径不断扩大，理论分辨率是够用了，这时候轮到地球大气跳出来刷存在感——大气湍流会引起大气抖动，改变星光的传播路径，导致星星「一闪一闪」。

闪烁不停的天狼星︱兹基派德

天文学上以「视宁度」（Astronomy Seeing）表示大气抖动的幅度，可以用点光源因大气抖动形成的光斑直径衡量，单位为角秒（″）。一般认为1″是不错的视宁度，优秀天文台址的视宁度中位数大多在1″以下[2]。

青海冷湖天文台前期勘测获得的视宁度中位数在0.76″︱参考文献[2]

1″是1′的1/60，1°的1/3600，看起来已经是一个很小的值了，但对于天文观测来说还不够小。现代天文望远镜的理论分辨极限已经远小于视宁度的大小，用我们小学二年级就学过的望远镜理论分辨本领计算公式，在可见光波段（取λ=550nm）下，

以口径8m（D=8000mm）的望远镜为例，其理论分辨率为0.0175″，但在视宁度1″的环境下，口径8米的望远镜的真实分辨率跟口径15厘米（D=150mm）左右的望远镜不会有太大区别（根据公式计算得后者的理论分辨率为0.93″）。

8米与15厘米望远镜的口径比较

如果想要榨干大口径望远镜的分辨本领，就要想办法减少大气抖动的影响。设想一个场景，你发现远处有一个人的裤腿上写着字，你想用相机拍下来仔细研究，但这个人一直在抖腿，有什么办法可以把裤腿上的字拍清楚呢？两个思路，一是让相机也按同样的节奏抖起来，与裤腿的字保持相对静止后拍摄；二是提高相机快门速度，当快门时间足够短，抖腿导致的位移足够小，字也就变清晰了。前者对应到天文观测的成像技术上就是自适应光学（Adaptive Optics），而后者就是这次做出参宿四伴星发现使用的斑点成像法（Speckle Imaging）[3]。

自适应光学通过技术手段消除大气抖动的影响，从而让图像稳定︱Wikipedia@acopo Bertolotti

自适应光学旨在让望远镜跟上星星「抖」的节奏，可以说是门技术活，相比之下斑点成像就颇有「大力出奇迹」的味道：只要曝光时间足够短，就能将大气的抖动「冻结」，星光也就稳定了。斑点成像技术过去已经在柯伊伯带天体、多星系统、系外行星等研究领域得到验证[4]，这次研究使用的北双子望远镜（Gemini North）上搭载了可以进行斑点成像的`Alopeke成像仪，在斑点模式下`Alopeke可以用最快10毫秒的快门速度拍摄数千张图像，500nm波段下的分辨率高达0.016″，几乎等于望远镜的理论衍射极限。

`Alopeke装置全貌，右下角装置logo，`Alopeke是夏威夷语「狐狸」之意︱参考文献[4]

在这台「超级摄影利器」的加持下，天文学家先后于2020年初和2024年末对准参宿四所在天区，按下上万次快门，原始数据经过电脑处理后得到参宿四附近空间的精确图像，从而在观测层面找到参宿四可能存在伴星的直接证据。该研究指出拍摄时参宿四的伴星距离主星0.052″，合52mas（毫角秒，1mas=0.001″），作为对比参宿四的直径约为40mas。

本次发现使用的是位于夏威夷的北双子望远镜，口径8.1米︱International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. Chu

从本次论文的标题来看，研究团队目前还是相当谨慎的：「Probable Detection」，这次发现的置信度确实也只有1.5个标准差。不过基于图像声称伴星存在的结论并非草率做出，关于参宿四存在伴星的想法早在上世纪80年代就有讨论，最近的研究不仅从历史观测数据中寻找伴星的蛛丝马迹[5]，以此预测伴星的质量区间以及轨道半径，最关键的是结合参宿四约6年的次要光变周期给出了四个特殊时间点[6]：2024年12月6日，2027年11月26日，2030年11月15日，2033年11月4日。

参宿四及伴星的恒星与轨道参数︱参考文献[6]

如果伴星存在的话，它与参宿四的角距离会在这四个时间点达到最大，从而有机会通过直接成像捕捉到。这次研究的其中一次拍摄时间为2024年12月9日，比预测日期晚三天，就捕捉到了疑似伴星的信号，对比2020年用同一仪器拍摄时并没有出现类似的信号，很难说仅仅是巧合。

`Alopeke相隔4年的两次参宿四成像，箭头处为疑似伴星信号︱参考文献[1]

论文在讨论了高自行前景恒星、背景恒星等其他可能性之余，也呼吁学界在下一个日期（2027年11月26日）前后使用有足够分辨能力的仪器对参宿四进行观测，进一步揭示问题背后的本质。

参考&拓展

[1]https://arxiv.org/abs/2507.15749

[2]邓李才,杨帆,何飞,等.冷湖赛什腾山光学天文台址勘选结果及暗夜保护[J].青海科技, 2022(003):029.

[3]https://nadc.china-vo.org/astrodict/termdetails?id=23459

[4]https://arxiv.org/abs/2503.10765

[5]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad93c8

[6]https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad87f4

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