當中國西漢早期的太史令司馬遷在2000多年前仰望獵戶座時，他沒有看到我們今天所知的獵戶座右肩上那顆明亮的深紅色恆星參宿四。根據他編纂的天文著作，當時，獵戶座的肩膀上標著一顆黃色的星星。如果司馬遷的觀測是正確的，它們表明古代天文學家偶然見證了參宿四的一次深刻的天體物理轉變——這對恆星的演化和最終消亡具有重要的意義。
司馬遷的記錄是一系列古代觀測記錄之一，這些記錄可能將參宿四的年齡確定為大約1000萬年，其總質量約為太陽的14倍。質量和顏色對於確定恆星未來的演化至關重要。過去幾千年的顏色變化表明，根據7月份發表在英國皇家天文學會月刊上的一項研究，這顆恆星在坍縮然後以超新星爆發之前，還有大約一百萬年的時間。
無論參宿四曾經是什麼顏色，現在可以肯定的是，這顆恆星顯然是紅色的。這是因為使參宿四發光的核聚變反應幾乎燒盡了其核心的所有氫。參宿四現在主要燃燒能量更豐富的氦作為燃料，其外層因額外的熱量而變得紅潤和膨脹。它已經變成了一顆如此巨大的紅巨星，如果它取代我們的太陽，它膨脹的大氣層將吞沒所有直到木星的行星。
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為了推斷參宿四在各個時代的顏色，該研究的作者求助於來自北半球各地歷史學家、天文學家和占星家的記錄，從古代一直到望遠鏡的發展。結果是形成了一條獨特的2000年恆星演化時間線，追蹤了它從一顆類似於我們太陽的黃色氫燃燒恆星到我們今天所知的紅巨星的程序。
在恆星的蛻變過程中捕捉到它很棘手，在天文學家的術語中，這被稱為“穿越赫羅茨普朗差距”。就恆星壽命而言，這樣的階段是短暫的。一顆恆星可能會發光數百億年，並在幾千年內穿越赫羅茨普朗差距。這在宇宙尺度上幾乎是瞬間發生的，但對於人類來說，它仍然是一個巨大的時間跨度。恆星可能會在千年時間尺度上在差距中來回振盪，為觀測者提供更多機會見證轉變。但是，每次穿越仍然遠遠超過任何單個天文學家以及大多數社會的壽命。
德國耶拿弗里德里希·席勒大學天體物理研究所和大學天文臺的首席研究作者、天體物理學家拉爾夫·諾伊豪瑟說：“現代儀器測量大約是從100年前左右開始的；望遠鏡觀測是從大約400年前開始的。” “對於任何持續時間更長或演化速度更慢的事物，其他型別的資料——即歷史資料——都很重要。”
追蹤歷史觀測記錄並正確解釋跨文化和跨世紀的詞語含義只是諾伊豪瑟和他的同事們面臨的部分挑戰。他們還考慮了地球大氣和星際空間中塵埃的影響，這些塵埃會改變穿過的星光顏色。他們甚至思考了人眼的解剖結構如何影響顏色感知。然而，美國氣象學會的天文學家斯特拉·卡夫卡說，分析中仍然存在很大的不確定性，她沒有參與這項研究。
卡夫卡說：“他們做出的假設與我們如何定義不同的顏色有關。” 在以前的時代，觀測者沒有像目前使用的高精度校準技術那樣的恆星顏色測量標準。“[在新研究中] 他們正在將紅色、橙色和黃色的詞語和描述與[當前天文目錄中]顏色的分佈聯絡起來。”
對於這項研究，最有價值的古代觀測記錄是那些將參宿四與夜空中其他顯示顏色被認為在時間上更恆定的天體進行比較的記錄。例如，在第一個千年開始前後，羅馬皇帝奧古斯都的圖書館員蓋烏斯·朱利葉斯·海吉努斯指出，參宿四的顏色是黃色的，與土星相當。
更多間接證據來自古代紅色恆星列表中參宿四的明顯缺失。例如，希臘博學家托勒密在他的二世紀占星術論文中記錄了肉眼可見的紅色恆星，但不包括參宿四。考慮到它是現在天空中最亮和最紅的恆星之一，這種遺漏表明它在托勒密時代不是紅色的。在其他著作中，他將這顆恆星描述為“hypokirros”，新研究的作者指出，一個希臘詞被不同的學者解釋為從淡黃色到微紅色之間的任何顏色。
研究人員還挖掘了其他235顆恆星的古代記錄，包括另一顆今天看起來很像參宿四的紅巨星——南天恆星心大宿。公元前1300年的中國銘文記錄心大宿像火星一樣紅——這種比較在北半球和隨後的時代中一次又一次地出現。
諾伊豪瑟說：“對於心大宿，從它自公元前二千年以來顏色沒有改變的事實來看，我們得出結論，它要麼是在第二次要麼是在第三次[赫羅茨普朗差距]穿越中。” 他說，如果它是在第二次穿越，心大宿的質量大約是太陽的13倍。否則，它可能是太陽質量的15或16倍。無論哪種情況，對紅色心大宿的歷史一致性描述都支援了參宿四看起來不同——而且幾乎可以肯定不如幾千年前紅的說法。
儘管收集和解釋古代觀測記錄存在固有的挑戰，但對於石溪大學的弗雷德里克·沃爾特等天文學家來說，歷史時間線為現代研究和理解過渡中的恆星提供了寶貴的貢獻，他沒有參與這項研究。
沃爾特說：“作為天文學家，我們只觀察時間的快照。” “科學記錄可以追溯到幾百年，歷史記錄可以推到幾千年，儘管存在巨大的不確定性。任何時候我們都可以從歷史記錄中收集天文資訊，我們都需要認真對待它。”
對於諾伊豪瑟和他的合著者來說，辨別恆星顏色的古代變化只是第一步。接下來，他們將他們來之不易的歷史資料輸入到模擬恆星穿越赫羅茨普朗差距演化的最先進模型中。
考慮到參宿四今天的狀態，諾伊豪瑟說，“它從大約兩千年前的黃橙色到現在的紅色的歷史顏色變化將把它的質量限制在太陽質量的14倍左右。” 天體物理學家毫無疑問，這顆恆星最終將以超新星的形式爆炸。但是從諾伊豪瑟的研究中得出的估計恆星質量表明，參宿四距離爆炸性末日還有一百多萬年的時間。諾伊豪瑟說，這個預測比其他研究預測的這顆恆星大約10萬年超新星爆發的最後期限要長一點。
對於卡夫卡來說，除了難以將定量值分配給顏色的定性描述之外，該研究的其他重大不確定性來自參宿四、心大宿和其他年老的大質量恆星的反覆無常的性質。
卡夫卡說：“參宿四是一顆變星。它隨時間變化……，心大宿也是變星，但我們不太瞭解週期。” “如果參宿四和心大宿處於週期的兩個不同階段……，那麼將它們進行比較以推斷它們各自經歷的長期變化就有點牽強了。”
卡夫卡還希望看到更精確的古代記錄日期——這項任務更適合考古學家和歷史學家，而不是天文學家。但總的來說，她認為這項研究的範圍令人印象深刻，並讚揚了諾伊豪瑟和他的團隊對參宿四的洞察力。
她說：“這是一篇很棒的論文。” “將參宿四甚至心大宿識別為這個非常獨特的類別的成員將是壯觀的。”