遠在九垓八埏之外,新視野號向我們展示了那裡的星星看起來很不同

天文在線 發佈 2021-10-18T21:33:42+00:00

2015年7月,新視野號作為第一個飛掠冥王星的探測機器人創造了歷史。2018年12月31號,當美國航天局讓其飛掠柯伊伯帶天體(Kuiper belt object,簡稱KBO)時,它又成為了第一個探索此地的飛行器。這個地方自此被命名為阿洛克斯(Arrokoth)。

2015年7月,新視野號作為第一個飛掠冥王星的探測機器人創造了歷史。2018年12月31號,當美國航天局讓其飛掠柯伊伯帶天體(Kuiper belt object,簡稱KBO)時,它又成為了第一個探索此地的飛行器。這個地方自此被命名為阿洛克斯(Arrokoth)。

現在,在太陽系邊緣的新視野號依然不斷帶給我們一些令我們眼前一亮的宇宙美景。比如,地球上的我們曾認為星星的位置是固定的。從某種意義上講的確如此,因為從我們的角度上來看,星星所處位置和運動模式是相對統一的。但新視野團隊進行的試驗向我們展示了,從太陽系邊緣觀察我們很熟悉的[半人馬]比鄰星(Proxima Centauri)和沃爾夫359(Wolf 359)星系時,它們看起來有何不同。

人們在[半人馬]比鄰星(左)和沃爾夫359(右)中觀察到的變化。(美國航天局/約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室)

位於獅子座的沃爾夫359是一顆距地球約7.9光年的M型紅矮星(M-type red dwarf)。它離太陽划過天空的軌跡(即黃道,ecliptic)很近,人們只要用望遠鏡沿著該軌跡觀察就能找到它。如果你是《星際迷航》的粉絲,你也許認識這個名字,因為與博格人的大戰就發生在這兒(你別裝不知道!)。

使用新視野號太空飛行器進行視差測量(parallax measurement)。

反觀[半人馬]比鄰星,人們對這裡可能很熟悉。這顆紅矮星是半人馬座阿爾法星三星系統(Alpha Centauri triple star system)的一部分,也是離太陽最近的恆星(距我們 4.24 光年)。2016年,一個被稱為比鄰星 b (Proxima b)的石頭(又名類地)世界正是在這裡被發現,它是距離太陽系最近的行星(也是離我們最近的潛在宜居行星!)。

除了巴納德星(Barnard's Star)和屈指可數的幾顆褐矮星(brown dwarfs)外,這個雙恆星系統(two star systems)是離我們最近的恆星鄰居。當新視野號在離地球約 70 億公里(43 億英里;46.76 天文單位)的地方拍攝這些恆星的圖像時,它們的位置看起來與我們過去認知中的位置大不相同。正因此,新視野團隊決定利用這個機會進行視差測量。

為了查明在以更遠的物體為參照物時恆星所在的位置是否會有偏移,科學家們通過視差測量技術在兩個不同位置測量同一恆星的相對位置。近兩個世紀以來,天文學家一直使用這種技術來測量與附近恆星的距離。

天文學家一直依靠地球自身的軌道運動來確定這些距離。由於地球軌道的直徑約為 3 億公里(1.86 億英里),因此最佳觀察點在一年中會發生很大變化。

但以更遠的距離和地球軌道作為 「基準」,天文學家可以進行更大範圍的視差測量。基於新視野號目前與地球的距離,其任務團隊和 美國航天局決定進行該測量,並且邀請公眾參加。

美國國家科學基金會((National Science Foundation)的國家光紅外天文研究實驗室(National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory,簡稱NOIRLab)的天文學家和研究員托德·勞爾 (Tod Lauer)也是新視野號科學團隊的成員。正如他與《今日宇宙》通過電郵聯繫時所言:

「新視野號正在遠離家鄉熟悉的天空。它看到星星的排布方式隨著時間的流逝變得越來越陌生。我們不會以這種方式進行視差測量。我們主要是想了解我們是如何觀察環繞著我們宇宙的,以及離開地球後視野會產生什麼變化。」

作為視差測量項目中的一部分,新視野號太空飛行器分別於 4月22日和23日拍攝了 [半人馬]比鄰星和沃爾夫359 的圖像。然後,天文台工作人員和民間天文學家將這些圖像與同一天從地球拍攝的上述恆星相應的圖像相結合。結合以上信息,人們得到了一個創紀錄的基於視差測量繪製而成的3D星圖。

上述任務由多位天文學家完成,包括操作了位於澳大利亞賽丁泉天文台(the Siding Spring Observatory )遙控望遠鏡的來自拉斯昆布天文台(Las Cumbre Observatory)的天文學家。來自路易斯維爾大學(University of Louisville)的天文學家約翰·克里克福(John Kielkopf )和來自哈佛-史密森天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ,簡稱CfA)的凱倫·科林斯(Karen Collins)在亞利桑那州萊蒙天文台(Mt. Lemmon Observatory,Arizona)也用遙控望遠鏡拍攝了照片。

當我們的視角改變時,沃爾夫的位置發生了變化。(美國宇航局/約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室)

「專業和業餘天文學界一直在等待這個機會,他們很高興自己也能創造歷史,為太空探索拋磚引玉」。勞爾在約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory ,JHUAPL)的聲明中稱,「當新視野號觀察比鄰星和沃爾夫359 時,在地球上收集到的圖像確實超出了我的預期。」

除了上面展示的由約翰霍普金斯大學應用物理實驗室 (JHUAPL)提供並發布的圖片,完整的圖集(包括 3D 圖像)也可在該任務的官網上下載。為方便沒有3D 眼鏡的人觀看,網站提供了立體圖像和通過內斜視(即,對眼)可見的立體圖像,並將其並排放置。只需按照說明操作,沒有3D眼鏡的人也可看到立體效果。

為了創建 3D 圖像,來自美國西南研究所(Southwest Research Institute ,簡稱SwRI) 的新視野號任務的副項目科學家約翰·斯潘塞(John Spencer)和科學團隊合作成員布萊恩·梅(Brian May)也加入了勞爾博士的團隊。

傳奇搖滾樂隊「女王」的粉絲應該能馬上認出布萊恩·梅這個名字,因為他是樂隊的首席吉他手。梅不僅是吉他手,他也是一位天體物理學家和立體成像愛好者,他的才華在這次實驗中發揮了重要作用。正如他所言:

「可以說,美國宇航局的新視野號團隊在天體立體透視領域,即天文物體的 3D 圖像領域,處於領先地位。該技術已為我們提供了冥王星和遙遠的柯伊伯帶天體中阿洛克斯(Arrokoth,Kuiper Belt object)的令人震驚的立體圖像。

但最新的新視野號立體圖像實驗打破了所有記錄。被業餘天文學家和科幻小說愛好者所熟知的恆星 [半人馬]比鄰星和沃爾夫359 的照片採用了 180 年來立體圖像所能達到的最大視距!」

另一個令人印象深刻的成就是上述技術對星球定位的影響。縱觀歷史,地球上的人們一直用恆星間的距離來確定它們的位置。例如,古代玻里尼西亞水手在星星指引下行船,這使他們定居地遍布整個南太平洋。在距離我們更近的時代,阿拉伯和歐洲的水手依靠星盤和六分儀規劃航線。

在不久的將來,星際導航員可以使用新視野號剛剛展示出的技術來確定其在銀河系中的位置。目前,太空飛行器依靠美國航天局的深空探測網(Deep Space Network)所提供的準確得多的無線電跟蹤技術進行定位。儘管如此,使用恆星(特別是脈衝星)在太空中導航可能是未來探索銀河系的首選方法。

美國西南研究院 (SwRI) 新視野號首席研究員艾倫·斯特恩 (Alan Stern) 稱讚了任務的成果:

「我們可以說新視野號正在眺望陌生的星空,這與我們在地球上看到的不同。這讓我們做到了一些前無古人的事——它讓我們看到,在地球上觀察到的離我們最近的恆星在天空中的位置出現明顯變化。」

截至 2020 年 6 月 14 日,新視野號在太空中共停留了大約 5,230 天——14 年零 4 個月。換言之,它已經在地球和太陽之間往返了超過46次(即46.61 個天文單位)。

太空探索歷史上只有為數不多的幾個任務比新視野號走得更遠,它們是先鋒 十號和 十一號 ,以及航海者一號和二號。目前,航海者一號和二號正在(或最終將)在星際空間中執行任務。

屆時,新視野號將加入他們的行列,它有望揭示更多關於宇宙和我們太陽系的奧秘!

這篇文章由今日宇宙首次發表。

BY: MATT WILLIAMS

FY: 憶染

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