当中国西汉早期的太史令司马迁在2000多年前仰望猎户座时，他没有看到我们今天所知的猎户座右肩上那颗明亮的深红色恒星参宿四。根据他编纂的天文著作，当时，猎户座的肩膀上标着一颗黄色的星星。如果司马迁的观测是正确的，它们表明古代天文学家偶然见证了参宿四的一次深刻的天体物理转变——这对恒星的演化和最终消亡具有重要的意义。
司马迁的记录是一系列古代观测记录之一，这些记录可能将参宿四的年龄确定为大约1000万年，其总质量约为太阳的14倍。质量和颜色对于确定恒星未来的演化至关重要。过去几千年的颜色变化表明，根据7月份发表在英国皇家天文学会月刊上的一项研究，这颗恒星在坍缩然后以超新星爆发之前，还有大约一百万年的时间。
无论参宿四曾经是什么颜色，现在可以肯定的是，这颗恒星显然是红色的。这是因为使参宿四发光的核聚变反应几乎烧尽了其核心的所有氢。参宿四现在主要燃烧能量更丰富的氦作为燃料，其外层因额外的热量而变得红润和膨胀。它已经变成了一颗如此巨大的红巨星，如果它取代我们的太阳，它膨胀的大气层将吞没所有直到木星的行星。
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为了推断参宿四在各个时代的颜色，该研究的作者求助于来自北半球各地历史学家、天文学家和占星家的记录，从古代一直到望远镜的发展。结果是形成了一条独特的2000年恒星演化时间线，追踪了它从一颗类似于我们太阳的黄色氢燃烧恒星到我们今天所知的红巨星的进程。
在恒星的蜕变过程中捕捉到它很棘手，在天文学家的术语中，这被称为“穿越赫罗茨普朗差距”。就恒星寿命而言，这样的阶段是短暂的。一颗恒星可能会发光数百亿年，并在几千年内穿越赫罗茨普朗差距。这在宇宙尺度上几乎是瞬间发生的，但对于人类来说，它仍然是一个巨大的时间跨度。恒星可能会在千年时间尺度上在差距中来回振荡，为观测者提供更多机会见证转变。但是，每次穿越仍然远远超过任何单个天文学家以及大多数社会的寿命。
德国耶拿弗里德里希·席勒大学天体物理研究所和大学天文台的首席研究作者、天体物理学家拉尔夫·诺伊豪瑟说：“现代仪器测量大约是从100年前左右开始的；望远镜观测是从大约400年前开始的。” “对于任何持续时间更长或演化速度更慢的事物，其他类型的数据——即历史数据——都很重要。”
追踪历史观测记录并正确解释跨文化和跨世纪的词语含义只是诺伊豪瑟和他的同事们面临的部分挑战。他们还考虑了地球大气和星际空间中尘埃的影响，这些尘埃会改变穿过的星光颜色。他们甚至思考了人眼的解剖结构如何影响颜色感知。然而，美国气象学会的天文学家斯特拉·卡夫卡说，分析中仍然存在很大的不确定性，她没有参与这项研究。
卡夫卡说：“他们做出的假设与我们如何定义不同的颜色有关。” 在以前的时代，观测者没有像目前使用的高精度校准技术那样的恒星颜色测量标准。“[在新研究中] 他们正在将红色、橙色和黄色的词语和描述与[当前天文目录中]颜色的分布联系起来。”
对于这项研究，最有价值的古代观测记录是那些将参宿四与夜空中其他显示颜色被认为在时间上更恒定的天体进行比较的记录。例如，在第一个千年开始前后，罗马皇帝奥古斯都的图书馆员盖乌斯·朱利叶斯·海吉努斯指出，参宿四的颜色是黄色的，与土星相当。
更多间接证据来自古代红色恒星列表中参宿四的明显缺失。例如，希腊博学家托勒密在他的二世纪占星术论文中记录了肉眼可见的红色恒星，但不包括参宿四。考虑到它是现在天空中最亮和最红的恒星之一，这种遗漏表明它在托勒密时代不是红色的。在其他著作中，他将这颗恒星描述为“hypokirros”，新研究的作者指出，一个希腊词被不同的学者解释为从淡黄色到微红色之间的任何颜色。
研究人员还挖掘了其他235颗恒星的古代记录，包括另一颗今天看起来很像参宿四的红巨星——南天恒星心大宿。公元前1300年的中国铭文记录心大宿像火星一样红——这种比较在北半球和随后的时代中一次又一次地出现。
诺伊豪瑟说：“对于心大宿，从它自公元前二千年以来颜色没有改变的事实来看，我们得出结论，它要么是在第二次要么是在第三次[赫罗茨普朗差距]穿越中。” 他说，如果它是在第二次穿越，心大宿的质量大约是太阳的13倍。否则，它可能是太阳质量的15或16倍。无论哪种情况，对红色心大宿的历史一致性描述都支持了参宿四看起来不同——而且几乎可以肯定不如几千年前红的说法。
尽管收集和解释古代观测记录存在固有的挑战，但对于石溪大学的弗雷德里克·沃尔特等天文学家来说，历史时间线为现代研究和理解过渡中的恒星提供了宝贵的贡献，他没有参与这项研究。
沃尔特说：“作为天文学家，我们只观察时间的快照。” “科学记录可以追溯到几百年，历史记录可以推到几千年，尽管存在巨大的不确定性。任何时候我们都可以从历史记录中收集天文信息，我们都需要认真对待它。”
对于诺伊豪瑟和他的合著者来说，辨别恒星颜色的古代变化只是第一步。接下来，他们将他们来之不易的历史数据输入到模拟恒星穿越赫罗茨普朗差距演化的最先进模型中。
考虑到参宿四今天的状态，诺伊豪瑟说，“它从大约两千年前的黄橙色到现在的红色的历史颜色变化将把它的质量限制在太阳质量的14倍左右。” 天体物理学家毫无疑问，这颗恒星最终将以超新星的形式爆炸。但是从诺伊豪瑟的研究中得出的估计恒星质量表明，参宿四距离爆炸性末日还有一百多万年的时间。诺伊豪瑟说，这个预测比其他研究预测的这颗恒星大约10万年超新星爆发的最后期限要长一点。
对于卡夫卡来说，除了难以将定量值分配给颜色的定性描述之外，该研究的其他重大不确定性来自参宿四、心大宿和其他年老的大质量恒星的反复无常的性质。
卡夫卡说：“参宿四是一颗变星。它随时间变化……，心大宿也是变星，但我们不太了解周期。” “如果参宿四和心大宿处于周期的两个不同阶段……，那么将它们进行比较以推断它们各自经历的长期变化就有点牵强了。”
卡夫卡还希望看到更精确的古代记录日期——这项任务更适合考古学家和历史学家，而不是天文学家。但总的来说，她认为这项研究的范围令人印象深刻，并赞扬了诺伊豪瑟和他的团队对参宿四的洞察力。
她说：“这是一篇很棒的论文。” “将参宿四甚至心大宿识别为这个非常独特的类别的成员将是壮观的。”