恒星表面的對流  

我們知道，恒星是通過核聚變在核心產(chǎn)生能量的。這種能量能夠以巨大的熱氣泡的形式被帶到恒星表面，然后冷卻并下沉。這種混合運動被稱為對流。

天文學(xué)家已經(jīng)對太陽上的對流展開了很好的研究，也在一些大質(zhì)量的紅超巨星表面以及質(zhì)量較小的恒星表面發(fā)現(xiàn)了對流的跡象。然而，他們對這些恒星上的對流在時間以及空間尺度上的細(xì)節(jié)，仍不甚了解。

在一項新發(fā)表于《自然》雜志的研究中，天文學(xué)家首次以足夠詳細(xì)的細(xì)節(jié)，捕捉到在太陽以外的恒星表面的對流跡象——他們追蹤到了一顆名為劍魚座R（R Doradus）的恒星表面的起泡氣體的運動。

天文學(xué)家首次捕捉到一顆恒星（劍魚座R）表面的高分辨率圖像。這些圖像足夠詳細(xì)，能夠追蹤其表面的起泡氣體的運動。（圖/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Vlemmings et al.）

  太陽上的米粒 

太陽的外層被稱為光球，是由起泡的熱氣體組成的。它包含著數(shù)百萬個直徑約為1000千米的米粒（granule），這些存在于太陽表面的美麗的顆粒結(jié)構(gòu)，是通過對流而形成的。

米粒從中心開始沸騰，然后在邊緣開始逐漸消退，在消散之前可以持續(xù)大約20分鐘。在更深處，這些米粒組織形成的規(guī)模更大。中米粒（mesogranule）的直徑在5000到10000千米之間，其壽命可以持續(xù)約3小時。而超米粒（supergranule）的直徑可以達到3.2萬千米，存在時間約為20小時。

然而，要想在其他恒星上對這種結(jié)構(gòu)進行觀測，并非易事。事實上，除了太陽之外，人們從未捕捉到過其他恒星上的對流運動細(xì)節(jié)。一直以來，天文學(xué)家希望也能在遠離太陽系的其他恒星上，觀測到這一過程。

  紅巨星：劍魚座R 

天文學(xué)家認(rèn)為，距離地球約180光年的劍魚座R，是進行這項觀測的一個理想目標(biāo)。

劍魚座R的廣角視野。（圖/ESO/Digitized Sky Survey 2. ）

劍魚座R是一顆紅巨星，它的直徑大約是太陽的350倍。巨大的體積以及和地球相對較近的距離，使得更容易對其表面成像，更有可能觀測到一些重要的細(xì)節(jié)。

紅巨星與太陽是非常不同的，太陽正處于生命的中期，而紅巨星則是那些已經(jīng)耗盡了核心中的氫，并由殼層燃燒來供能的恒星。這個過程會使恒星膨脹到原來大小的許多倍。

在新的研究中，天文學(xué)家在阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）的幫助下，不僅首次直接觀測到了劍魚座R表面的對流米粒，還首次測量了在其表面移動的這些熱氣泡的速度。

  前所未有的細(xì)節(jié) 

他們的結(jié)果顯示，劍魚座R上的對流米粒非常大，是太陽大小的75倍！此外，他們還測得這些米粒似乎會以比預(yù)期更快的速度沉入恒星內(nèi)部，時間長度大約在一個月左右，這比天文學(xué)家根據(jù)太陽對流的工作原理所做的預(yù)期結(jié)果要快得多。

研究人員尚不清楚是什么造成了這種差異。似乎隨著恒星變老，對流會以某種未知的方式發(fā)生變化。劍魚座R的質(zhì)量與太陽相似，這意味著劍魚座R很可能與50億年后變成紅巨星時的太陽的樣子相似。

通過對流而產(chǎn)生的能量傳輸，對于恒星演化的許多階段都至關(guān)重要。它們能將形成于核心的重元素（如碳和氮）分布到整個恒星中，也被認(rèn)為是恒星表面產(chǎn)生的強風(fēng)的原因，這些強烈的恒星風(fēng)能將核合成的元素帶到宇宙的星際介質(zhì)中，形成新的恒星和行星。

新的研究結(jié)果讓研究人員驚喜，因為他們從未想到能獲得如此高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，使他們可以在另一顆恒星表面如此清晰地看到對流的細(xì)節(jié)。對劍魚座R的觀測有助于天文學(xué)家理解了像太陽這樣的恒星的行為，這是理解這些過程的重要一步。