千里姻缘引力牵——双星

太阳是我们最熟悉的一颗恒星，提起它我们总会想到它身后那个庞大且热闹的太阳系家族。但其实，作为一颗恒星，它是很孤独的，因为它的恒星伙伴都离它很远，最近的一颗也在4.3光年之外。说到这儿，你可能要问，宇宙中还有不孤单的恒星吗？没错，今天我们就要讲讲宇宙中那些成双成对的恒星“眷侣”。

双星“套娃”你看天上的北斗七星，七颗恒星组成了一个酒斗的形状。在我们看来，这七颗恒星就像相亲相爱的一家人，总是聚在一起同时出现在夜空之中。其实不然，这七颗恒星并不算亲近，反而位于斗柄位置的开阳星有一个亲密无间的“小伙伴”——辅。辅星的视星等约为4等，在没有视力检测仪器的古代，“能否看见辅”就是军队选拔弓箭手的依据。不仅如此，古人还有“辅主杀伐”的说法。因为辅星较暗，只有在天气较好的时候才能被人用肉眼看到，所以辅星出现意味着天气好，适合打仗。

开阳和辅不只在地球上看起来距离很近，它们在宇宙中的真实距离也仅有0.36光年。此外，它们还围绕着一个共同的质量中心旋转。我们把这种由两颗恒星组成的天体系统叫作双星。但是科学家们暂时还没有计算出开阳和辅的绕转轨道周期，所以有一些人认为，它们只是一对光学双星，也就是没有物理联系、只是在天空中看起来距离较近的两颗恒星。

开阳和辅“相依相偎”，这种情况在茫茫宇宙中很常见，不过更令人惊喜的事情还在后面：如果用一架小型天文望远镜对着开阳仔细观察，你会发现，开阳其实并不只是一颗恒星，出现在你视线内的其实是两个小亮点——没错，开阳本身就是一个双星系统，而且是人类最早使用望远镜发现的双星系统，早在四百年前就有人观测到它们了。这两颗子星按照大小，被称为开阳A和开阳B，表面较亮的那颗恒星被命名为A，是双星系统里的主星；表面较暗的恒星被命名为B，是双星系统里的伴星。

随着观测技术的发展，人们发现，不仅开阳本身是一个双星系统，而且辅、开阳A、开阳B也都分别是双星。也就是说，在开阳这整个天体系统里，一共有六颗恒星在相互绕转！科学家们把这种有三颗以上的恒星在相互绕转的天体系统称为“聚星”。

发现双星因为我们的太阳并没有“伙伴”，所以最初科学家们以为所有的双星都是“貌合神离”的光学双星，即两颗恒星之间并没有引力作用，只是由于观测视角造成了亲密无间的视错觉。

18世纪末，已经有天文学家提出设想，认为双星有可能是“一个较小的太阳围绕着另一个较大的太阳旋转”的天体系统，但是当时还没有实际的观测证据证明这个设想的正确性。真正发现双星秘密的人，是英国天文学家威廉·赫歇尔。威廉·赫歇尔是英国皇家天文学会的第一任会长，他发现了天王星、太阳的空间运动、银河系的结构等，被誉为恒星天文学之父。

19世纪初，在发现了数百对双星，并仔细研究过它们之间的相对运动后，赫歇尔惊奇地发现，双星系统里的恒星竟然大部分都存在相对的移动。比如在1803年，他就通过分析近一个世纪的观测数据，首次证明了北河二这个双星系统中的两颗子星正在相互绕转。据此，赫歇尔认为，双星不只是看起来成双，而是两颗星在引力的束缚之下构成了一个天体系统。自此，人类才真正认识并开始研究双星。

通过研究双星系统中两颗恒星之间的运动，我们可以更准确地获取该系统中某颗恒星的质量、大小，以及天体运动轨道的一些信息。除此之外，因为双星系统中的两颗恒星距离较近，所以它们能够呈现出特有的演化方式，是科学家们研究恒星演化的极佳的“实验场”。

认识双星我们前文说到的“貌合神离”的双星叫作光学双星，它们并不是真正的双星，不在双星的研究范畴之内。真正的双星系统叫作物理双星，其中的两颗子星是相互绕转、彼此之间存在物理联系的。不过，双星的世界丰富多彩，物理双星又分成多种类型。例如，按照观测分类，能够分为目视双星、食双星和分光双星三类。而且一个双星系统有可能同时属于两种双星类型，有的双星可能既是目视双星，又是食双星；有的可能既是食双星，也是分光双星。这些双星是怎么分出来的，各自又有什么特殊的性质呢？

目视双星目视双星，顾名思义，指的是用肉眼或者望远镜就能够分辨出两颗子星的双星。当然，随着望远镜分辨率的提高，我们能够观测到的目视双星越来越多。经过数年的持续观测，我们能够明显地看到两颗子星之间相对位置的变化。通过对位移的计算，我们就能够得出两颗子星的质量、轨道周期等信息。而且，因为两颗子星能够被我们用肉眼分辨出来，可见这类双星的子星之间一般相距较远，它们相互绕转一圈通常需要几十年甚至上百年。比如，我们熟悉的夜空中最亮的星——天狼星，就是由一颗蓝白色的主序星和一颗白矮星构成的目视双星。两颗恒星之间大约距离20个天文单位，绕转周期约为50年。

食双星

在古希腊神话中，有一个名为美杜莎的蛇发女妖。美杜莎平时吐舌露齿，头上长着一条条飞舞的毒蛇。但最可怕的其实不是她的“头发”，而是她的眼睛，普通人只要看她一眼就会立刻石化。为了除掉这个妖怪，宙斯之子珀尔修斯接到了杀死美杜莎的任务。机智的他借着青铜盾的反光，避开了美杜莎的目光，用宝刀砍下了她的头颅。在回程的路上，珀尔修斯还顺道救下了公主安德洛美达，并与公主结了婚。最后，珀尔修斯将美杜莎的头献给了智慧女神雅典娜。雅典娜为了感谢他，就将珀尔修斯和公主一起升为天上的英仙座和仙女座。

大家可能会疑惑，怎么我们明明在介绍双星，却突然讲起了神话故事？这是因为在西方神话体系中，英仙座的星座形象就是正提着美杜莎头颅的珀尔修斯。这颗头颅的眼睛所在的位置就是一颗诡异的星星——大陵五。古人发现，大陵五的亮度会在几天之内发生明显的周期性变化，就像神秘的美杜莎之眼一样。

其实，大陵五之所以会发生这样的亮度变化，是因为它是一种特殊的双星——食双星。

宇宙中有一些双星系统两颗子星距离很近，而且它们运行的轨道与我们的视线恰好平行。这样说来，当这些子星互相绕转的时候，它们可能会相互遮挡，使双星系统的整体光度发生周期性的变化。这类因为子星的相互掩食而发生光度变化的双星，就是食双星。大陵五就是一个典型的食双星系统，它的光变周期大约是2.8天。

分光双星

有的双星系统两颗子星之间的距离十分接近，绕转周期也很短，这个时候，我们无论是用眼睛还是望远镜观测，都很容易把这个双星系统看成一颗普通的恒星。但是当我们持续观测它的光谱时，就会发现它里面的谱线其实一直在发生周期性位移。此时我们就可以判断，这颗恒星其实是一个由两颗子星组成的双星系统。正是两颗子星的绕转运动引起了谱线的位移。这种只能通过光谱来分辨的双星，叫作分光双星。

有的分光双星的子星之间亮度相差不大，我们就可以观测到两颗恒星光谱中的谱线位置先分离再重叠然后再分离的周期性变化；如果双星系统中主星和伴星的亮度相差太大，我们就只能看到一颗恒星的光谱，且谱线也在周期性地“摇摆”。

引力如此奇妙，它不仅能够让天体聚集成团、让地球围绕着太阳运转，还能让恒星相互陪伴，形成一个个承载宇宙奥秘的双星系统。