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天仓五

天仓五，又称为鲸鱼座τ星（Tau Ceti，τ Cet/τ Ceti，发音为/ˌtaʊ ˈsiːtaɪ/），是在鲸鱼座内一颗在质量和恒星分类上都和太阳相似的恒星，与太阳系的距离正好少于12光年，相对来说是一颗接近的恒星。天仓五是颗金属含量稀少的恒星，人们推测它拥有类地行星（岩石行星）的可能性较低。根据观测结果，它周围的尘埃10倍于太阳系周围的。这颗恒星看似稳定，只有少量的恒星变异。

天仓五
鲸鱼座τ
天仓五位置
天仓五（位于图中央）位于鲸鱼座的南侧。
观测资料
历元 J2000
星座 鲸鱼座
星官 天仓（娄宿）
赤经 01h 44m 04.0829s[1]
赤纬 −15° 56′ 14.928″[1]
视星等（V） 3.50[1]
特性
光谱分类G8 V[1]
U−B 色指数+0.22[1]
B−V 色指数+0.72[1]
变星类型None
天体测定
径向速度 (Rv)−16.4[1] km/s
自行 (μ) 赤经：−1721.94[1] mas/yr
赤纬：854.17[1] mas/yr
视差 (π)274.18 ± 0.80[1] mas
距离11.90 ± 0.03 ly
(3.65 ± 0.01 pc)
绝对星等 (MV)5.69[2]
详细资料
质量0.81 M☉
半径0.816±0.013[3] R☉
表面重力 (log g)4.4[4]
亮度0.59 L☉
温度5,344 ± 50[5] K
金属量22–74%[4][6]
自转34 days[7]
年龄~1.0 × 1010[3] 年
其他命名
Durre Menthor, 52 Ceti, HD 10700, HR 509, BD-16°295, GCTP 365.00, GJ 71, LHS 146, LTT 935, LFT 159, SAO 147986, LPM 84, FK5 59, HIP 8102.[1]

通过天体位置和径向速度的测量并未发现天仓五有伴星，但是这只排除大如次恒星，如同棕矮星的伴星。2012年12月侦测到了天仓五周围可能有5颗行星存在的证据，其中一颗行星可能位于天仓五的适居带[8][9]。因为有岩屑盘，任何环绕著天仓五的行星都将比地球面对更多的撞击事件。尽管这些事情导致行星不适宜居住，但普遍来说它拥有类似太阳的特性仍然在群星中引起大众对它的兴趣。它是搜寻地外文明计划（SETI）搜寻的目标名单上的常客，因为它的稳定性和与太阳类似，而且它出现在一些科幻小说的作品中。

天仓五不像其他著名的恒星，有广为人知的固有名称[a]，它只是肉眼可以直接看见视星等为3等的暗星。从天仓五看太阳，也只是在牧夫座内的一颗3等星[b]。

运动

自行是恒星横越天球的总运动量，是通过比较更遥远的背景天体位置确定出来的。虽然天仓五每年的移动量只有2弧秒以下，它被认为是一颗有著高自行的恒星[c]，需要数千年的时间，位置的移动才会超一度，高自行是距离靠近太阳的一个证据[10]。邻近的恒星比遥远的背景恒星可以更快速的在天球上横越而过，也是研究视差的良好候选者。在天仓五的案例中，经由视差测量得到的距离是11.9光年，使他成为邻近太阳的近距离恒星表中的一员，是继南门二之后最靠近的G-型主序星。[11]。

径向速度是一颗恒星接近或远离太阳的运动，与自行不同的是恒星的径向速度不能直接观察到，而必须透过观察恒星的光谱来测量。由于都卜勒位移，如果恒星远离观测者而去，光谱中的吸收谱线会向红色方向偏移（或是往更长波长的方向），反之接近的会向蓝色方向偏移（或是往更短波长的方向）。在天仓五的例子中，径向速度大约是−17 公里/秒，负值表示他是朝向太阳运动[12]。

天仓五的距离，与它的自行和径向速度结合在一起，可以计算这颗恒星通过空间的运动，相对于太阳的空间速度大约是37 公里/秒[d]。这个结果可以用来计算天仓五穿越银河的轨道路径，它的平均银心距离是9.7千秒差距（32,000光年），轨道离心率则是0.22[13]。

物理性质

 
太阳（左）不仅比不活跃的天仓五（右）明亮而且也更热。

天仓五这个系统应该只有一颗伴星，有一颗可能受到重力束缚的黯淡伴星被观测到，但是与主星的距离远达10弧秒[14]。没有天体位置测量或迳向速度的摄动被曾经被侦测到，因此认为没有足够大的伴星，像是“热木星”的天体在邻近的轨道上运行，任何可能存在绕著天仓五运行的气体巨星，距离都会比木星要远[15][16]。

有关于天仓五的已知物理特性都来自分光镜的测量。通过光谱和恒星演化模型的比较，能够估计天仓五的年龄、质量、半径和发光度。不过，透过天文干涉仪，相当准确的行星半径量度可以直接做到。天文干涉仪展开一条长基线所丈量的角度远较传统天文望远镜所能解析的为小。透过这种手段，天仓五的半径被假设为太阳半径的81.6 ± 1.3%，因此预期它的质量会比太阳略低一些[3]；更早的干涉仪测量建议半径为太阳的77.3 ± 0.4%，但是精确度较低[14]。

自转

天仓五的自转周期是依据传统的H和K吸收线，标志著被电离的钙或是钙II线的变化测定的，这组谱线的变化与表面的磁性活动紧密的结合在一起[17]，所以对行星来说要完成恒星全自转的量度需要对几个活动域测量其周期变化的时间。由这种方法估计的天仓五自转周期约为34天[7]。由于都卜勒效应，恒星自转的速率会导致吸收谱线的变宽（来自远离观测者那一侧的光线波长将增长，朝向观测者接近这一侧的光波长将缩短），所以分析谱线的宽度可以估计出恒星自转的速度。这显示出天仓五的自转速度为：

 .

此处veq是在赤道上的速度，i是自转轴相对于观测者的倾角。对一颗典型的G8型恒星，自转速度大约是2.5 公里/秒。测量到的自转速度非常低，显示天仓五的自转轴几乎是朝向位于地球上的观测者[18][19]。

光度和变化

天仓五的光度大约只有太阳光度（ ）的55%[13]，一颗类地行星需要在0.7天文单位（AU，地球到太阳的平均距离）的轨道上绕行，才能得到如同地球所获得的太阳照度，这要比金星还要更接近太阳一些。

天仓五的色球层－ 恒星正位于辐射光线的光球层上的大气层 －目前呈现很少或没有磁场的活动，显示这是颗稳定的恒星[20]。一项为期9年的温度研究，米粒组织和色球层没有明显的系统性变化，环绕著钙II的H和K线红外谱带显示可能有，但相对于太阳是微弱的11年循环[18]。对此另一种说法是：天仓五正处于类似蒙德极小期的低活动阶段 － 历史上的一个短周期，与欧洲的小冰期结合，当时太阳表面的黑子变得非常罕见[21][22]。天仓五的谱线轮廓非常狭窄，显示被观察到的自转和扰动都非常低[23]。

金属量

恒星的化学成分能够提供重要的演化历史，包括他的形成和年龄。组成星际物质的主要成分是尘埃和气体，而从中形成的恒星主要成分是氢和氦，以及微量的重元素。当邻近的恒星持续的演化和死亡，因此年轻恒星的重元素含量会倾向比老年的恒星为多。这些重元素都被天文学家视为金属，并且将其含量称为金属量[24]。恒星中的金属量主要是依据铁（Fe）元素含量的比率，很容易从氢当中分辨出来的重元素，并以对数与太阳的铁丰度作比较。在天仓五的案例里，大气中的金属量大约是：

 

或大约是太阳丰度的三分之一，以前的测量值在-0.13 to -0.60之间变动著[4][6]。

低的铁丰度显示天仓五是比太阳更早诞生的老恒星：估计他的年龄在100亿岁，相较于太阳的45.7亿岁，100亿岁的年龄代表著经历可见宇宙的大部份时期。但是电脑模拟的年龄，依据选用的模型不同，在44亿至120亿年之间[3]。

除了自转之外，恒星谱线致宽的因素还有来自于恒星压力的扩大（参见谱线）。出现在附近的微粒会影响到单一微粒发散的辐射，所以谱线的宽度与恒星表面的压力有关，而这又受到温度和表面重力的影响。利用这样的技术测量天仓五的表面重力，得到的是log g，或恒星表面重力的对数值，大约是4.4—，非常接近太阳的log g = 4.44[4]。

岩屑盘

在2004年，一组英国由珍·格里维斯（Jane Greaves）领导的天文学家测量围绕在周围低温的尘埃和小天体之间发生的碰撞，发现天仓五有总数十倍于太阳系彗星和小行星的材料[25]。这是透过量度小天体间碰撞产生、环绕天仓五的冰冷尘埃基盘而决定。[25]这样的结果可能在复杂的生命系统上投入了抑制器，因为所有行星遭受大撞击事件的频率十倍于地球。格里维斯在她研究时注意到：“任何一颗行星都可能持续经历消灭恐龙的小行星撞击事件”[26]，像木星这种尺度的气体行星足以使彗星和小行星偏向[25]。[e]

岩屑盘的发现是透过测量系统在远红外线光谱部分的辐射总量侦测出来的。它以行星为中心形成对称的形状，并且外径平均55天文单位。在靠近天仓五附近，缺乏红外线而比较温暖的盘面部份在半径10天文单位处；相较之下，太阳系的古柏带出现在30-50天文单位处。要长时间的维护，环中的尘土必须有更大的天体经由经常的碰撞来补充[25]。出现在距离天仓五35–天文单位的巨大盘面已经位在适居带的外面，在这个距离上，尘埃带也许类似于在太阳系的海王星轨道外的古柏带[25]。

天仓五显示恒星即使到了老年也不需要丢掉巨大的尘埃盘，而且像太阳这样的恒星有盘面是很平常的[27]。天仓五的环带密度只有邻近的天苑四的廿分之一[25]。相对在太阳系附近的缺乏岩屑也许是异常的情况：一位研究小组的成员认为，太阳在历史的早期可能紧邻的经过另一颗恒星，导致大量的彗星和小行星被剥离而失去[26]。恒星与大岩屑盘修改了天文学家对行星形成的考虑，尘埃是由连续的碰撞造成的，并且很自然的形成行星[27]。

生命和行星搜寻

由于天仓五与太阳相似，而它亦可能拥有行星和孕育生命，于是便成了吸引人们研究这颗恒星的主要原因。霍尔（Hall）和洛克伍德（Lockwood）的报告中指出“所谓的‘类似太阳的星球（solarlike star）’、‘太阳相似体（solar analog）’和‘太阳双生子（solar twin）’是逐渐限制的叙述。”[28]天仓五适合做为第二颗太阳，因为它的质量近似而且稳定，只是相对缺乏金属[f]，这种相似性引领了通俗文化参考数十年，并列入科学测验。

天仓五是少数几颗以径向速度搜寻行星的目标，但失败而未能发现可归诸于行星的任何周期性变化[16]。目前能达到的精确度是时间间隔在五年，速度在11公尺/秒的变化[29]。这样的结果排除了热木行星存在的可能，并排除了周期短于15年，质量下限等于或大于木星的行星存在的可能性[30]。换言之，以哈伯太空望远镜的广域和行星照相机在1999年对邻近恒星完成的观察，包括对天仓五的暗弱伴星的搜寻，以该望远镜分辨能力的极限依然是什么都没发现[31]。

这样的搜寻只排除了较大的棕矮星和比大行星略小的行星，像地球这样轨道的行星并未被排除[31]。存在于内侧轨道上的“热木星”会对适居带造成破坏，将其排除对类地行星的存在有正面的意义[32][15]。一般性的研究显示系外行星的出现和高金属量的母恒星之间有正相关性，使像天仓五这种低金属量恒星拥有行星的机率减少了[33]。一个厚实的岩屑盘存在的证据，即使认为会增高被轰击的机率，依然使一颗或多颗岩石行星环绕恒星的可能性增高了。如果行星被发现，随后的研究是使用解析力够高的望远镜寻找水、大气和温度适合的适居性。就像氧气是地球上有生命的正面显示，原始生命也不太可能在大气显示是无机状态下存在的[34]。

搜寻地外文明计划和适居恒星表

 
天仓五可能是类地行星发现者的研究目标之一。

迄今最乐观的搜寻项目是由天文学家法兰克·德雷克执行的奥兹玛计画（Project Ozma），是后来产生搜寻地外文明计划（SETI）的“寻找外星高智生命”计画，该计画向经过筛选的恒星目标发送出人为的无线电讯号，他选择了天仓五和天苑四做为最初的目标，两者都是邻近太阳系，且物理性质相似的恒星。在持续200小时的观测，均未发现人为的讯号 [35]。随后对这个恒星系的无线电搜寻结果也是负面的。

这些负面的结果并未挫败对天仓五系统生物搜寻的兴趣。在2002年，天文学家玛格丽特·杜布尔（Margaret Turnbull）和吉尔·塔特（Jill Tarter）在凤凰计画项目的赞助下，发展出另一个SETI的努力成果：适居恒星表（HabCat）。表中列出了17,000个理论上适合居住的恒星系统，大约有10%是原先的样本[36]。第二年，杜布尔从在邻近太阳100光年内的5,000颗恒星中精选出30颗最有希望的，天仓五就包含在其中，作为亚伦望远镜阵列以无线电搜寻的基础依据[37]。她也选择天仓五最为类地行星发现者望远镜系统最精简搜寻名单中五个的名册之一，并评论说：“如果上帝将我们投入至另一个星球，那会是我想居住的地方。”[38]

行星系统

2012年12月19日，有报告指出观测资料显示有五颗行星存在于天仓五周围的证据。这些行星的质量被认为在地球的2到6倍之间，轨道周期14到640日[39]。其中一颗行星鲸鱼座τe（HD 10700e）和天仓五的距离大约是日地距离的一半。因为天仓五的体积和光度都低于太阳，该行星可能位于天仓五的适居带内[8][9]。波多黎各大学阿雷西博分校（英语：University of Puerto Rico at Arecibo）的行星可居住性实验室的计算则认为最外侧的鲸鱼座τf可能也在天仓五的适居带内[40]。

Tau Ceti的行星系
成员
(依恒星距离) 		质量 半长轴
(AU) 		轨道周期
(天) 		离心率 倾角 半径
b (未确认) 2.00 ± 0.79 M⊕ 0.105 ± 0.006 13.965 ± 0.02 0.16 ± 0.22
g — — — — — —
c (未确认) 3.11 ± 1.40 M⊕ 0.195 ± 0.01 35.362 ± 0.1 0.03 ± 0.03
h — — — — — —
d (未确认) 3.50 ± 1.59 M⊕ 0.374 ± 0.02 94.11 ± 0.7 0.08 ± 0.26
e 4.29 ± 2.00 M⊕ 0.552 ± 0.02 168.12 ± 2.0 0.05 ± 0.2 — —
f 6.67 ± 3.50 M⊕ 1.35 ± 0.1 642 ± 30 0.03 ± 0.3 — —
i (未确认) ? ? ? ?

相关条目

注解

  1. ^ 天仓五英文Tau Ceti是由拜耳命名法而来： ' Tau '是个希腊字母而 ' Ceti '是鲸鱼座英文Cetus的所有格。
  2. ^ 从天仓五表面观察，太阳会从天空相反的一边座标赤经（RA）=13h 44m 04s，赤纬（Dec）=15° 56′ 14″，亦即接近右摄提二（牧夫座τ，Tau Boötis）处出现。太阳的绝对星等是4.8，故，于距离3.64秒差，太阳视星等为 .
  3. ^ 净自行是由公式：
     .
    在这里 及 是在赤经与赤纬里自行相对的向量，而 是赤纬[41]
  4. ^ 空间速度向量是U = +18; V = +29,及W = +13.这得出净空间向量 
  5. ^ 木星是否真的提供内太阳系的保护仍悬而未决。例如，请参见：木星：朋友或敌人？ （页面存档备份，存于互联网档案馆）
  6. ^ 被认为是真正的太阳的双胞胎天蝎座18，在此显示出与天仓五显著不同的数据：天仓五与太阳金属含量类似，但是其他的差异就显著的多很多。
  7. ^ 75°北是90°北再减纬度15°南。现实上当某天体接近地平线时大气效应会降低其能见度。

参考资料

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  2. ^ 从视星等m和视差π，绝对星等Mv可由下式得到：
     
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外部链接

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