比鄰星(距離太陽系最近的恆星)

比鄰星(Proxima Centauri)是是離太陽系最近的恆星（4.25光年），也是南門二（半人馬座α）三合星的第三顆星，依拜耳命名法也稱為半人馬座α星C。它與半人馬座α星AB共同構成三星系統，科幻小說《三體》正以此為背景。它是一顆紅矮星，亮度很暗，直到1915年，時任南非約翰尼斯堡的聯合天文台（Union Observatory）的台長羅伯特·因尼斯（Robert Innes）才第一次發現它。比鄰星的一顆行星——比鄰星b——位於宜居帶，可能存在生命。目前已經發現了3顆其周圍的行星。

基本介紹

• 中文名：比鄰星
• 外文名：Proxima Centauri
• 別名：毗鄰星、半人馬座α星C
• 分類：恆星
• 發現者：羅伯特·因尼斯
• 發現時間：1915年
• 質量：0.1221±0.0022 M☉
• 直徑：約 2✕10 km
• 表面溫度：約 2800 ℃
• 反照率：0.20
• 視星等：10.43–11.13
• 絕對星等：15.49 等
• 自轉周期：31±2 d
• 赤經：14時31分14秒
• 赤緯：-62°45′56″
• 距地距離：4.244±0.001 ly
• 半長軸：~0.2 ly（相對於A、B星）
• 星座：半人馬座
• 光譜類型：M5.5Ve
• 變星類型：耀星(鯨魚座UV型星)
• U−B 色指數：1.49
• B−V 色指數：1.80
• V−R 色指數：1.68
• R−I 色指數：2.04
• J−H 色指數：0.522
• J−K 色指數：0.973
• 徑向速度：−22.204±0.032 km/s
• 視差：0.77233秒
• 表面重力：10 cm/s，即1585 m/s，地球的162倍
• 金屬量[Fe/H]：0.21 dex
• 行星數：3（其中一顆存疑）

三星系統

比鄰星位於半人馬座，又稱半人馬座α星C，與半人馬座α星A、半人馬座α星B共同構成三星系統。比鄰星離地球約4.246光年遠（具體數值會隨最新觀測數據變化），是已知離太陽最近的恆星。從地球觀測，比鄰星離半人馬座αAB雙星視角約2°，相當於滿月直徑的4倍。

圖：半人馬座α三合星系統相對太陽系的位置。灰點是比鄰星的投影，投影與太陽的距離和半人馬座αAB雙星與太陽的距離相等。圖中距離單位pc：秒差距；ly：光年；Pm：拍米，即10米。

在這樣一個三體星系中，A和B兩顆星質量較大，它們圍繞各自對方為中心旋轉組成轉動周期約80年的雙星系統，旋轉半徑為17.57天文單位（Astronomical Unit，縮寫AU）。比鄰星則在距離它們0.2光年遠的地方繞著它們公轉，偏心率約0.5，周期預計約51萬年。 但是，比鄰星再小也是一顆恆星，擁有巨大的引力，因此三體的軌道並不是簡單的兩層圓軌道嵌套，而是互相影響、不斷發生微小變動且難以預測的。

圖：2017年5月2日錢德拉X射線天文台拍攝的半人馬座α三星系統。圖源：可見光波段：[MOU3] 歐洲南方天文台（European Southern Observatory，縮寫ESO）/Zdenek Bardo; X光波段：美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，縮寫NASA）/Chandra X射線中心/科羅拉多（Colorado）大學/ Tom Ayres等

亮度

比鄰星是一顆紅矮星，質量只有太陽的1/8左右，直徑只有太陽的1/7左右。它是如此的昏暗，直到1915年才由當時約翰內斯堡聯合天文台的主管羅伯特·因尼斯在南非發現。在這組三合星中，A星和B星組成雙星系統，C星（比鄰星）繞A、B星的質心公轉。A星的光譜型為G2V，B星的光譜型為K1V，與太陽（G2V）相類似。比鄰星的光譜型為M5.5Ve。

圖：南門二三合星的成員的大小與太陽的比較圖

通常紅矮星的亮度都很弱，以肉眼觀測是看不見的，比鄰星也不例外。它的視星等是11等，絕對星等15.5等。而人眼通常只能看到6等星，所以不用天文望遠鏡是無法看到它的。如果從半人馬座α三合星的其他兩個星觀測，比鄰星將是4.5等星。在整個電磁波段上，比鄰星的輻射量只有太陽的0.16%，但在可見光波段，它只有太陽的0.0056%。比鄰星輻射的能量中85%以上都屬於紅外線。

圖：南門二三合星和太陽在赫羅圖上的位置，橫軸是表面溫度（開氏度），縱軸是相對亮度 | 圖源：歐洲南方天文台

科學研究

形成和壽命

比鄰星的形成年代與A星和B星相同，為約48.5億年前，比太陽的46億年略早些。有科學家認為它原來並不屬於南門二恆星系統，而是被南門二AB雙星捕獲的。

比鄰星的質量很小，熱核反應的速率很慢且不穩定，天文學家推算它的壽命可達4萬億年。

表面活動

比鄰星有很活躍的色球層活動，在X-光波段可觀測到它色球層的噴發，因此它屬於典型的耀星（變星記名：半人馬座V645）。在紫外線波長觀測它的色球層的變化，得知它的自轉周期大約89.8±4天。

比鄰星的色球層十分活躍，光譜顯示出強烈的單電離鎂譜線，波長280nm。比鄰星88%的表面都處於活躍狀態，這個比例遠高於處於太陽周期峰值時的太陽表面活動。即使是在寧靜狀態，很少或幾乎沒有耀斑活動時，其星冕溫度仍能達到350萬K（開氏度），相比之下太陽星冕溫度只有200萬K，並且比鄰星的總X射線強度也與太陽相當。比鄰星的總體活動強度在紅矮星中處於較低水平，它的年齡已有48.5億年，在經歷數十億年後紅矮星的自轉速度降低，活動強度因此減弱。它的活動周期約為442天，短於太陽的11年（約為4,000天）周期。

比鄰星的星風較弱，由此造成的質量損失率不超過太陽風的20%。但由於比鄰星的體積較小，因此每單位面積的質量損失可能是太陽表面的8倍。

生命存在

20世紀90年代，哈勃太空望遠鏡觀測到的的數據顯示，比鄰星應存在有一顆尚未觀測到的暗淡伴星，此伴星可能是一顆大質量行星或棕矮星。2016年，歐南台甚大望遠鏡（Very Large Telescope, 縮寫VLT）發現，這顆“伴星”——比鄰星b——應當是比鄰星的行星，並且其位於宜居帶上，有可能存在生命。比鄰星b質量約為地球的1.3倍，公轉周期約11天，距比鄰星約700萬千米。

2019年初，科學家利用苔絲（Transiting Exoplanet Survey Satellite, 縮寫TESS）衛星和一系列地面望遠鏡觀測到比鄰星的耀亮事件。2019年5月2日晚，科學家觀測到一個巨大的光學耀斑，估計總能量輸出為16×10焦耳。在太陽上，類似的耀斑每十年或二十年只發生一次。但在比鄰星上，它們每隔幾周就會發生一次。這使得比鄰星周圍的環境十分惡劣。劇烈的耀亮活動往往伴隨著射電、X射線等波段的爆發，這對於生命是致命的。所以儘管比鄰星b位於宜居帶，它是否存在生命還有待研究。

圖：2019年5月2日晚來自比鄰星的無線電和光學數據。上圖是澳大利亞平方公里陣列射電望遠鏡（ASKAP）拍攝的無線電頻譜圖隨時間的變化；下圖是光學望遠鏡拍攝的光強變化 | 圖源：Andrew Zic/悉尼大學/澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, 縮寫CSIRO）

鄰近恆星表

距太陽系最近的恆星依次為：

南門二（αCen，半人馬座α）4.3光年

巴納德星（Barnard's） 5.96光年

盧曼16（Luhman 16） 6.52光年

WISE 0855-0714 7.17光年

沃夫359（Wolf359） 7.78光年

拉蘭德21185（BD+36°） 8.29光年

天狼星（Sirius，大犬座α） 8.58光年

魯坦726-8（Luyten726-8） 8.73光年

WISE 1541-2250 9.3光年

羅斯154（Ross 154） 9.68光年

羅斯248（Ross 248） 10.32光年

天苑四（εEri，波江座ε） 10.52光年

拉卡伊9352(Lacaille 9352)10.74光年

羅斯128（Ross 128） 10.92光年

圖：太陽系附近9光年內的恆星雷達圖，每層同心圓代表一光年的間隔，邊緣24個數字代表它們所在天球的赤經，橫線到菱形的箭頭長度代表它所在的赤緯，實線代表南緯，虛線代表北緯。

行星系統

截止2023年，在比鄰星系統已觀測到三顆行星（2顆已確認，1顆尚有爭議）。其中比鄰星d是迄今為止通過視向速度法測得的質量最輕的系外行星之一；比鄰星b大小與地球相當，並位於宜居帶；比鄰星c是一顆可能的氣態矮星，公轉軌道半徑比另外兩顆行星更遠。

考慮比鄰星的輻射強度，它的宜居帶半徑範圍大約在0.023－0.054 AU（3.4－8.1 × 10 km）。

圖：比鄰星宜居帶（右側）與太陽系水星軌道（左側）的對比[MOU1] | 改自資料

比鄰星b

2016年8月，Anglada-Escudé等人在《自然》（Nature）期刊上發表論文，宣布在比鄰星附近發現一顆行星比鄰星b。他們通過光譜儀HARPS和UVES的視向速度觀測，發現了一顆最小質量為1.3個地球質量的行星，並以周期11.2 天圍繞比鄰星運行，軌道半長軸為0.0485 AU，可能位於宜居帶。觀測還給出，在系統內可能存在另一個周期為60-500天的第二個信號，但由於恆星活動影響且觀測數據不足，難以確認是否存在比鄰星c。

圖：HARPS自2016年1月1日起對比鄰星相對於地球的視向速度觀測三個月的結果。帶有黑色誤差槓的紅點代表數據點，藍色曲線是數據擬合曲線。視向速度曲線的振幅和周期則可用來推估行星的質量下限。

圖：比鄰星b的藝術想像圖 | 圖源：ESO/M. Kornmesser

據估算，比鄰星b的平均表面溫度為-39℃。如果它存在大氣層並具有一些溫室氣體，那有相當的可能存在碳基生命。但是比鄰星b接收接收到的X射線平均強度是地球的500倍，在耀斑期間甚至能達到50000倍，這並不利於生命存在。

考慮到比鄰星b的公轉半徑很小，它極有可能被比鄰星潮汐鎖定，也就是始終只有一面朝向比鄰星，一面背對比鄰星。如果比鄰星被潮汐鎖定，那么在它的晨昏圈附近有可能存在一片適宜生命存在的區域。然而，比鄰星b被潮汐鎖定只是理論上根據它離比鄰星很近的推斷。事實上，水星離太陽也很近，但它並沒有被完全地潮汐鎖定，而是按自轉周期:公轉周期=2:3的方式共振。所以比鄰星b究竟是否被潮汐鎖定還有待進一步觀測的確認。

比鄰星c

比鄰星c是一顆尚在爭議中的行星。它的質量大約是地球的7倍，大約以1.49天文單位（223,000,000千米）的距離，每1928日（5.28年）繞行比鄰星c。如果將比鄰星b類比於地球，那么比鄰星c就是系統中的海王星。它距離比鄰星遙遠，不在適居帶內，平均溫度約為39K。

2019年4月，義大利天體物理學家馬里奧·達馬索（Mario Damasso）和同事首次提出了這顆行星的存在。達馬索的團隊已經注意到在歐洲南方天文台（ESO）的高精度視向速度行星搜尋器的數據中，比鄰星的視向速度有輕微的運動，這可能是有第二顆行星環繞著比鄰星。此發現在2020年1月發表在《科學》雜誌上。2020年6月，科學家利用哈伯太空望遠鏡在1995年的天體測量數據再次確認比鄰星c的存在，並初步確定其軌道傾角和質量。同樣在2020年6月，歐洲南方天文台的研究人員用光譜比色高對比度系外行星研究儀（SPHERE）獲得了比鄰星c的直接成像，但結果並不能十分肯定它的存在。對比鄰星c的質量和年齡的行星而言，檢測到的亮度太亮了，這意味著這顆行星可能有一個行星環，半徑約5倍木星半徑。

比鄰星d

2019年，葡萄牙天體物理和空間科學研究所的朱·法莉亞（Joo Faria[MOU3] ）和同事在使用岩質行星與穩定光譜觀測階梯光柵光譜儀（ESPRESSO，它是將歐南台甚大望遠鏡的4架子鏡聚合起來等效成更大的光學干涉儀）測量比鄰星b的質量時，注意到一個周期只有5.15天的視向速度變化信號。經過進一步驗證，他們在2022年2月發表了更準確的觀測結果，確認了信號來自於一顆行星在繞著比鄰星運行。

圖：在ESPRESSO中匯聚為一的甚大望遠鏡子鏡光線| 圖源：歐洲南方天文台/L. Calçada

這顆行星是該系統中檢測到的第三顆行星，被稱為比鄰星d，軌道半徑約0.029AU，公轉周期5天多一點，質量只有地球的26%，是火星質量的2倍。比鄰星d是迄今為止發現的最輕的系外行星之一，也是用視向速度法探測到的質量最低的行星。

利用智利的甚大望遠鏡，研究團隊觀察到比鄰星會發生周期性擺動，從而發現了這顆行星。

比鄰星d離比鄰星很近，它的平均表面溫度預計可達到360K（87 °C），也許在極地地區有適宜生命生存的環境。

目前雖然在比鄰星周圍發現了一些行星，但比鄰星輻射出的X射線較強，很可能會摧毀星球的生命。半人馬座α星A和B輻射出的X射線更弱些，如果它們周圍有行星，上面存在生命的幾率會更大一些。