巴納德星（英語：Barnard's Star，發(fā)音為/?bɑrn?rd/）是一顆質(zhì)量非常小的紅矮星，位在蛇夫座β星附近，蛇夫座66星的西北側(cè)，距離地球僅約6光年遠(yuǎn)。美國天文學(xué)家愛德華·愛默生·巴納德在1916年測量出它的自行為每年10.3角秒，是已知相對太陽自行最大的恒星。為紀(jì)念巴納德的發(fā)現(xiàn)，后來稱這顆恒星為巴納德星。

簡介

巴納德星（英語：Barnard's Star，發(fā)音為/?bɑrn?rd/）是一顆質(zhì)量非常小的紅矮星，位在蛇夫座β星附近，蛇夫座66星的西北側(cè)，距離地球僅約6光年遠(yuǎn)。美國天文學(xué)家愛德華·愛默生·巴納德在1916年測量出它的自行為每年10.3角秒，是已知相對太陽自行最大的恒星。為紀(jì)念巴納德的發(fā)現(xiàn)，后來稱這顆恒星為巴納德星。巴納德星距離太陽約1.8秒差距（6光年），是蛇夫座內(nèi)距離我們最近、宇宙中第二接近太陽的恒星系統(tǒng)，也是第四接近太陽的恒星，前三接近太陽的恒星都是半人馬座α系統(tǒng)的成員。盡管它如此的接近地球，但是人類裸眼仍然看不見巴納德星。

由于它相當(dāng)接近太陽，而且位于容易觀測的天球赤道附近，所以M型矮星巴納德星比任何恒星受到天文學(xué)家更多的研究和注意。天文學(xué)家的研究曾經(jīng)聚焦在恒星的特征、天體測量和推敲系外行星可能存在的極限。雖然這是一顆古老的恒星，天文學(xué)家仍然觀測到巴納德星發(fā)生過耀斑爆發(fā)。

天文學(xué)家曾對這顆恒星的一些研究題材發(fā)生爭議。從1960年代初至1970年代初長達(dá)十年之久，天文學(xué)家彼得·范·德·坎普（Peter van de Kamp）曾聲稱有一顆巨大的氣體行星環(huán)繞著巴納德星，一些天文學(xué)家也接受他的說法。天文學(xué)家后來認(rèn)為恒星附近可能存在類似地球的小型行星，所以巨大行星存在的可能性就大為降低，彼德·范德的主張也被推翻。天文學(xué)家十分注意這顆恒星，它也是無人旅行到鄰近的恒星系統(tǒng)可以快速前往研究的一個目標(biāo)。

基本數(shù)據(jù)

巴納德星是一顆M4型的黯淡紅矮星，觀測者必須使用望遠(yuǎn)鏡才能看見。它的視星等為9.54等，與全天最亮的恒星天狼星（-1.5等）和裸眼能看見的最暗星（ 6.0等）相較之下（亮度的關(guān)系是以對數(shù)計算），9.54等的巴納德星亮度只有6等星的1/27。

巴納德星的年齡介于70億至120億年之間，不僅比太陽古老，天文學(xué)家還認(rèn)為它可能是銀河系中最古老的恒星。它已經(jīng)失去了大量的轉(zhuǎn)動能量，光度的周期變化顯示巴納德星自轉(zhuǎn)一周需要130天（相較之下太陽只需要25天）。因為巴納德星是一顆古老的恒星，所以長久以來都被假設(shè)是一顆休眠期中的恒星，但是天文學(xué)家在1998年觀測到一個強(qiáng)烈的恒星耀斑，所以巴納德星其實是一顆耀星。巴納德星也是一顆變星，標(biāo)示為蛇夫座V2500。

自行運(yùn)動是天體在天球上對應(yīng)的橫向速度（相對太陽的“橫向”移動），巴納德星的自行速度是90公里/秒，相當(dāng)于每年在天球上移動10.3弧杪，所以這顆恒星在人的一生中可以移動四分之一度，相當(dāng)于滿月視直徑的一半。

巴納德星的徑向運(yùn)動朝著太陽接近，所以天文學(xué)家可以觀測到藍(lán)移。目前有兩份星表列出巴納德星的徑向運(yùn)動數(shù)值：SIMBAD是每秒106.8公里；ARICNS是每秒110.8公里。天文學(xué)家將這些測量值與自行運(yùn)動一起考慮后，認(rèn)為它在太空中朝著太陽的相對速度是每秒139.7公里或142.7公里。天文學(xué)家根據(jù)巴納德星朝向太陽移動的速度推算，它將在公元9,800年時最接近太陽，屆時距離為3.75光年，但是當(dāng)時最接近太陽的恒星是比鄰星，因為它將會移動到比巴納德星還要更接近太陽的位置。令人失望的是屆時這顆星依然很黯淡，視星等只有8.5等，裸眼仍然看不見它，之后它又將穩(wěn)定的遠(yuǎn)離太陽。

巴納德星的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的14%，半徑是太陽的15-20%。雖然它的質(zhì)量大約是木星質(zhì)量的180倍，但是半徑只比木星大1.5至2倍，所以這顆恒星與一顆棕矮星的大小相當(dāng)。它的有效溫度是3134（±102）K，視亮度是太陽亮度的4/10000，總亮度相當(dāng)于34.6/10000。因為它是如此暗淡，如果把它放在太陽的位置，巴納德星的亮度也只有滿月的100倍，與站在距離太陽80天文單位的位置來觀測太陽相當(dāng)。

特點(diǎn)

巴納德星之所以成為天文學(xué)家所矚目的熱門星球，是因為它有幾點(diǎn)與眾不同的地方。

第一是自行速度

第二是距離近

第三個也是巴納德星最吸引人的地方，是這顆恒星周圍很可能有兩顆大小約等于木星和土星的行星在圍繞著它旋轉(zhuǎn)，是離我們很近的另一個太陽系。

因為巴納德星擁有幾點(diǎn)與眾不同的特征，所以它成為天文學(xué)家相當(dāng)矚目的恒星。巴納德星是目前所有已知恒星中自行運(yùn)動最快的恒星，因此有時候也被稱為巴納德“逃亡之星”（Runaway Star），它的自行速度比大熊座的飛行之星快一倍。恒星通常每年的自行速度還不到1角秒，牧夫座大角星自行運(yùn)動算是比較明顯的，但是一年也不到2角秒，而巴納德星每年的自行運(yùn)動卻高達(dá)10.31角秒。巴納德星距離太陽系只有5.96光年，除了南門二系統(tǒng)（半人馬座α三合星）外，它是距離地球最近的恒星。巴納德星最吸引人的地方是這顆恒星周圍很可能有兩顆大小約等于木星和土星的行星圍繞它公轉(zhuǎn)，是一個距離地球很近的恒星系。

自行運(yùn)動

一般而言，恒星在我們看來是“恒定不動”的，但其實只是由于恒星通常與我們的距離都在數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)萬光年外，故即便有運(yùn)動，但由于相對位置改變較小，很難被察覺罷了。但倘若恒星距離較近，相對就容易看出它的改變，天文學(xué)家稱此現(xiàn)象為“恒星自行運(yùn)動”。但恒星自行運(yùn)動只反映了恒星在垂直于我們視線方向的切向速度。恒星在沿我們視線方向也在運(yùn)動，其速度稱為視向速度。

巴納德星每年自行運(yùn)動約10.31角秒，相當(dāng)于每秒走90公里，它的視向速度是以每秒106.8公里接近我們。以此速率計算，天文學(xué)家認(rèn)為公元11800年時，它將運(yùn)行到距離太陽3.85光年處，而成為除太陽外最接近我們的恒星，取代比鄰星（4.3光年）的位置，那時亮度將增加到8.5等。

行星系統(tǒng)

從1963年開始10年之間，有為數(shù)眾多的天文學(xué)家接受彼德·范德的觀點(diǎn)：他聲稱觀測到巴納德星自行運(yùn)動上的攝動，顯示它擁有一顆或數(shù)顆比木星更大的行星。彼德·范德從1938年就開始觀測這顆恒星，并與斯沃斯莫爾學(xué)院（Swarthmore College）天文臺的同事企圖以微尺從攝影干板上測量它的位置變動，與行星一致的軌道攝動，以證明它有行星級伴星的存在；他曾動用十個人測量巴納德星在干板上的位置，避免系統(tǒng)或人為的誤差產(chǎn)生。彼德·范德最初建議有一顆1.6木星質(zhì)量的行星，以4.4天文單位的橢圓軌道繞行著巴納德星，他在1969年以論文明確的提出這些觀測結(jié)果。他在同一年稍晚提出巴納德星擁有兩顆行星，質(zhì)量分別為1.1和0.8木星質(zhì)量。

其他的天文學(xué)家接著重復(fù)進(jìn)行彼德·范德的觀測，并在1973年發(fā)表了兩篇重要的論文否定巴納德星附近存在著一顆行星或數(shù)顆行星。天文學(xué)家蓋特伍德和?？嘶舳髟诓煌奶煳呐_使用新的干片測量技術(shù)，但是都未能證實行星級伴星的存在。赫爾希在四個月之前發(fā)表的論文，同樣使用斯沃斯莫爾天文臺的資料，發(fā)現(xiàn)觀測巴納德星時發(fā)現(xiàn)到的各種變化與望遠(yuǎn)鏡的鏡頭進(jìn)行調(diào)整和修改的時間有關(guān)；認(rèn)為彼德·范德“發(fā)現(xiàn)”的行星是望遠(yuǎn)鏡維謢和升級時所造成的假象。

彼德·范德從未承認(rèn)行星并不存在，并且在1982年末再度發(fā)表巴納德星附近有兩顆行星的論文。彼德·范德在斯沃斯莫爾天文臺的后繼者Wulff Heintz（他也是一位雙星專家）對他的研究結(jié)果表示懷疑，而且后來持續(xù)批評彼德·范德在1976年之前的研究結(jié)果；兩人的關(guān)系也因此而疏遠(yuǎn)。

天文學(xué)家還不能完全排除行星存在的可能性，他們在1980和90年代中對巴納德星伴星的觀測最后都沒有成功，于是他們最后在1999年利用哈柏太空望遠(yuǎn)鏡來進(jìn)行干涉測量仍未發(fā)現(xiàn)行星的蹤跡。

這些爭議對系外行星的研究也許有負(fù)面的影響，但至少提高了巴納德星的知名度，使這顆恒星的聲望在科幻的社群中不斷的提升（科幻中的巴納德星），并且被納入代達(dá)羅斯計劃的觀測目標(biāo)。

爭議

天文學(xué)家Peter van de Kamp在1963年發(fā)表對巴納德星自行運(yùn)動擾動現(xiàn)象的觀測與分析，推測它可能有一顆大小約等于木星的行星以24年為周期繞其運(yùn)行，當(dāng)時曾獲得多數(shù)天文學(xué)家的同意。但到80年代當(dāng)收集的數(shù)據(jù)越來越多，發(fā)現(xiàn)許多矛盾后，這個結(jié)論開始有爭議，普遍認(rèn)為當(dāng)年的推論是錯的。

新的分析認(rèn)為巴納德星有兩顆行星；其中一顆行星的軌道周期為11.7年，軌道半長軸約2.7天文單位，質(zhì)量約為木星的0.8倍；另外一顆星則為20年、3.8天文單位和約0.4倍。如果這些資料是正確的，則這將是用天體照相測量法找到的第一個包含有類行星的行星系。這些觀測需要極精確而長期的測量，所以對它們的推論還只是暫時的。

無論最終結(jié)果如何，從某種意義上說，我們確實已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了巴納德星運(yùn)行在同一軌道面上的行星系，只是更確切的證實還有待于今后的研究。

特征

巴納德星屬于紅矮星，光譜分類為M4V，表面溫度約為3000K，視星等是9.6等，亮度很弱，以肉眼觀測是看不見的。它的絕對星等是非常弱的13.3等，若將它和太陽放在一起，則它的明亮度只有太陽的萬分之四。

它的質(zhì)量約為太陽的17%，直徑約是太陽的1/6，直徑相當(dāng)于只有地球的20倍大。

星際計劃

英國星際學(xué)會（British Interplanetary Society）在上世紀(jì)70年代重新回顧了獵戶座計劃，并提出代達(dá)羅斯計劃，只不過以更強(qiáng)大而且環(huán)保效果好一些的聚變力量代替原子彈。這個計劃的目標(biāo)是向6光年以外的巴納德星（Barnard's star，是距離太陽系第二近的星）發(fā)射一個探測器，并用50年的時間到達(dá)那里。

探測器

這個項目不是在象獵戶座那樣在外部爆炸，而是內(nèi)部的發(fā)動機(jī)，在一個磁場構(gòu)筑的“燃燒室”中，向小燃料球照射發(fā)射電子束，產(chǎn)生離子。用磁場限制離子漿的辦法將比獵戶座計劃更高效，因為獵戶座計劃中原子彈的大部分爆炸能量都沒投射到船體上轉(zhuǎn)化為動力。

外形

探測飛船的質(zhì)量為5.4萬噸，其中推進(jìn)裝置重量是5萬噸，預(yù)計經(jīng)過持續(xù)4年的加速后，可以達(dá)到光速的1/8。可以說代達(dá)羅斯計劃的理論是很有說服力的，設(shè)計上并沒有什么突兀之處。有不少科學(xué)家認(rèn)為我們執(zhí)著于受控核聚變是沒有意義的，我們完全可以用不完全受控的核聚變來作為動力，而象獵戶座所需要的那些技術(shù)甚至在上世紀(jì)60年代末就已經(jīng)存在了。

總的來說，核裂變發(fā)動機(jī)是相當(dāng)現(xiàn)實的東西，而核聚變發(fā)動機(jī)則基本偏向科幻，需要很多技術(shù)突破才能變成現(xiàn)實。但裂變材料很稀缺，而用于核聚變的氘和氚卻很多，在近處的月球上尤其豐富。此外，核聚變還有大幅度降低輻射污染的前景，其方式是利用氫核（質(zhì)子）和硼-11（80%的硼是以硼-11同位素的形式存在）反應(yīng)，雖然反應(yīng)困難而且產(chǎn)生的能量小，但不產(chǎn)生γ射線和中子，只產(chǎn)生α粒子，可以說是相當(dāng)干凈的反應(yīng)。所以人們對核聚變發(fā)動機(jī)仍舊存在更大的期望。

觀測參數(shù)

星座 蛇夫座

星官

赤經(jīng) 17 57 48.5

赤緯 04° 41′ 36″

視星等(V) 9.54

特性

光譜分類 M4Ve

B-V色指數(shù) 1.74

U-B色指數(shù) 1.28

變星類型 天龍座BY變星

天體測定

徑向速度(Rv) -106.8km/s

自行(μ) 赤經(jīng)(RA): -798.71mas/年

赤緯(Dec.): 10337.77mas/年

視差(π) 545.4 ± 0.3mas

距離 5.98 ± 0.003光年

(1.834 ± 0.001秒差距)

絕對星等(MV) 13.22

詳細(xì)資料

質(zhì)量 0.15-0.17M☉

半徑 0.15-0.20R☉

亮度(bolometric) 0.0035L☉

亮度(visual, LV) 0.0004L☉

溫度 3,134 ± 102K

金屬量 10-32%Sun

自轉(zhuǎn) 130.4d

年齡 ~1.0 × 10年

其他命名："巴納德逃亡之星"，BD 04°3561a，GCTP4098.00，Gl140-024，Gliese699，HIP87937，LFT1385，LHS57，LTT15309，Munich 15040，Proxima Ophiuchi，V2500 Ophiuchi，Velox Barnardi，Vyssotsky799

發(fā)現(xiàn)新行星

此次發(fā)現(xiàn)3個行星代表了開普勒項目所取得了一系列里程碑式成果中的最新一項。2011年12月，研究組的科學(xué)家公布了他們在一顆類太陽恒星宜居帶中發(fā)現(xiàn)的首顆系外行星：這是一顆大小相當(dāng)于地球2.4倍的行星，名為Kepler-22b。而之后同樣是在12月份，小組又宣布發(fā)現(xiàn)首顆地球大小的系外行星，分別命名為Kepler-20e和Kepler-20f。

這次KOI-981的3顆新發(fā)現(xiàn)的小個子系外行星已經(jīng)被分別編號為：KOI-961.01，KOI-961.02和KOI-961.03。這項最新成果得益于人們此前對于KOI-961，即巴納德星掌握的詳細(xì)資料。正是由于掌握了這一恒星系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，科學(xué)家們此次才能得以利用其亮度變化的幅度計算出遮蔽光線的行星的大小。除了使用開普勒和地面大型望遠(yuǎn)鏡的觀測數(shù)據(jù)之外，小組還借助了計算機(jī)模型技術(shù)來檢驗他們的結(jié)果。在此之前，利用開普勒項目公開發(fā)布的資料，人們僅從中找出了6顆系外行星的存在。美國宇航局設(shè)在加州的埃姆斯研究中心負(fù)責(zé)開普勒望遠(yuǎn)鏡項目的地面系統(tǒng)管理，任務(wù)運(yùn)行以及科學(xué)數(shù)據(jù)分析工作。宇航局噴氣推進(jìn)實驗室則負(fù)責(zé)開普勒項目的開發(fā)工作。

環(huán)境

赤道北方北緯4°地區(qū)的觀測者可以在天頂附近的位置直接觀測到巴納德星，理論上在距離北緯4°±90°的地方都能看得見巴納德星，雖然接近南方或北方地平線時的大氣消光會使這顆恒星的光度減弱，但幾乎地球上的每個緯度仍都能看見它。

這顆恒星有許多性質(zhì)與太陽相似，鄰近巴納德星的許多恒星都是最小和最常見的紅矮星。目前最接近巴納德星的紅矮星是羅斯154，距離為5.41光年（1.66秒差距）。相對來說，太陽和比鄰星是接下來的最接近巴納德星的恒星系。從如果站在巴納德星上來觀測星空，太陽在天球上相對的座標(biāo)位置正好在麒麟座的東部，為RA=5 57 48.5, Dec=?04° 41′ 36″。絕對星等為4.83等的太陽在距離1.834秒差距的巴納德星上，將會是一顆令人印象深刻的一等星，類似北河三相對于地球上的觀測者。