在我們的太陽系裏，有六台蛋殼白色的望遠鏡，它們坐落在地球上一片郁郁蔥蔥的山脈中，凝視著深邃的宇宙。這些望遠映像一個團結的蜂群一樣，收集來自宇宙的光線，指引著現代天文學家探索太空。正是得益於這個蜂群，我們現在對過去天文學家依賴的光有了新的認識：北極星。
我們對當前的北極星了解甚深（由於地球軸的擺動，北極星的稱號會在不同星星間輪換）。無論是古今藝術家，都在他們的畫作中描繪過它；天文攝影師在自家後院拍攝過它；科學家們數十年來一直將儀器對準它進行觀測。但是，位於加利福尼亞州威爾森山上的CHARA陣列望遠鏡，為我們帶來了關於北極星的新視角，這與分辨率有關。CHARA陣列的特別之處在於，這些望遠鏡能夠協同工作，它們的光數據在中央設施中合並，形成一個完整清晰的影像，就像這六個望遠鏡合為一體，形成了一個直徑330公尺的超級望遠鏡。因此，這個計畫的影像分辨率——特別是角分辨率——非常出色。
在檢查了一些用CHARA陣列在2016年到2021年間觀測到的北極星影像後，科學家們發現了這顆恒星以前未知的特征。最引人註目的是，北極星表面有可辨識的斑點，有點像我們偶爾在太陽上看到的太陽黑子。
"CHARA的影像揭示了北極星表面隨時間變化的大型亮斑和暗斑，"CHARA陣列的主任Gail Schaefer在一份聲明中說。
這一發現之所以令人驚訝，一個重要原因是北極星並不是一顆普通的星星。它是一種特殊的變星，稱為造父變星，意味著它定期變亮和變暗。北極星按照大約四天的周期變得更亮和更暗，科學家們喜歡觀測造父變星，因為它們的行為非常可預測。這使得這些星星可以用於測量宇宙的距離。基本上，觀察一個造父變星在一個周期內的亮度變化可以揭示其真正的亮度。
相比之下，如果沒有可預測的周期性脈動，一顆恒星對於這樣的測量就不會很可靠。例如，一顆暗星可能只是距離遙遠或只是小，或者它可能由於其他某種原因而奇怪地暗淡，或者它可能只是在被觀測的時候碰巧暗淡。
這些高分辨率的北極星影像標誌著我們第一次「窺見造父變星表面的樣子」。在北極星表面發現斑點是令人著迷的。但這些斑點並不是團隊分析的唯一結果。
北極星並不像我們孤獨的太陽那樣獨自漫遊宇宙。它比我們的太陽大約46倍，距離我們超過400光年，它是三合星系統的一部份，恰好是其中最亮的一個。實際上，CHARA對北極星的研究最初目標是繪制出每30年繞北極星轉一圈的恒星的軌域。這是一個復雜的任務，因為這個伴星非常靠近北極星，而且非常暗淡，直到2005年才被哈伯太空望遠鏡確認存在。
"兩顆恒星之間小的分離和亮度大的對比使得在它們最接近的時候解析雙星系統極其具有挑戰性，"哈佛史密森天體物理學中心的團隊負責人Nancy Evans說。因此，團隊還使用了其他天文工具，例如新墨西哥州阿帕奇異點天文台的斑點幹涉儀。
這次任務確實是成功的，幫助確認了北極星的大小，並表明這顆恒星可能比太陽重大約五倍——這比以前認為的要重。這個發現本身很重要，因為只有少數造父變星的品質已經被確定。它也提出了一些有趣的問題供未來探索。
北極星表面的斑點似乎已經吸引了所有註意力。想想看，在恒星上看到斑點的區域以及恒星自轉的速度似乎表明了一個120天的徑向速度變化——本質上是指物體在觀測者視線方向上的速度變化。這又提出了另一個謎題。
"我們計劃在未來繼續成像北極星，"密西根大學的天文學教授和研究的合著者John Monnier說。"我們希望更好地理解在北極星表面產生斑點的機制。"
這項研究發表在8月20日的【天體物理學雜誌】上。
