三星系統的今昔, 當未來的人們回顧如今的科學成果, 望遠鏡就成為了時間機器
「就好像有人發明了一個望遠鏡，它是一個時間機器。」
這是HS Hydra的視圖，由數位化巡天器捕獲。(圖片來源:太空望遠鏡科學研究所)
科學家們將現代宇宙飛船的數據與古老的觀測數據結合起來，拼湊出了HS Hydra三星系統125年來的古怪故事，並預測了它的未來。1893年，當第一次觀測到HS Hydra時，它只是天空中另一顆閃爍的恆星。現在，這是一個奇怪的動態系統，可能還會產生更多的驚喜。
通過美國宇航局的凌日系外行星勘測衛星(TESS)，天文學家可能很快就會發現這些驚喜。在美國天文學會第237次會議上，科學家們認為，這艘以發現外星世界而聞名的太空飛行器，可能會揭開雙星系統中類似的奧秘。
華盛頓大學的天文學家詹姆斯·達文波特(James Davenport)在談到明亮的雙星系統時告訴Space:「這只是幾個令人興奮的事情之一，TESS將會非常強大。」但他說，這並不是天文學家第一次研究這些天體。「這就像你祖父輩的天體物理學, 六七十年前雙星話題非常熱門，因為這是科學家們可以研究到的真正動態的東西。」
從技術上講，TESS並不是一項天體物理學項目: 該太空飛行器的設計理念是通過尋找明亮恆星光線中的小而有規律的陰影來發現系外行星——系外世界的陰影出現在其恆星和太空飛行器之間。但亮度下降並不一定意味著有行星。例如，有時，這意味著這顆恆星實際上是兩顆恆星，它們互相圍繞著地球旋轉。當恆星在太空飛行器的視野中重疊時，光線會下降, 這就是系外行星項目數據中的雙星系統。
所以達文波特開始研究雙星，他找到了一篇為業餘天文學家寫的關於雙星的舊文章。他說:「這是其中一個偉大的時刻，就像，『我敢打賭TESS觀察到了很多雙星系統。』」「那是一個深夜，『天哪，如果我只觀測一個小時會怎麼樣』——然後是凌晨兩點，我起得太晚了。」
在這些雙星中，HS Hydra引起了他的注意。這是因為在2012年，天文學家重新審視了這個距離地球約342光年的系統，並意識到它不僅僅是兩顆恆星以一天半為周期相互環繞, 還有第三顆距離更遠、體積更小的恆星在拉著主恆星對。研究人員意識到，這個同伴正在慢慢地把它們的舞蹈從人類的側面視野中拉出來。
根據觀測結果，科學家們預測，能從地球上看到的HS Hydra日食將在2022年左右結束。達文波特正在研究TESS的數據，這些數據仍然顯示了小型日食。「它們應該在2022年結束的預測並沒有明顯錯誤，」他說。
利用新的TESS數據，達文波特和他的學生合著者預測，HS Hydra的日食不會結束，而是在今年, 正好趕上飛船重新檢查系統。當這兩顆主恆星停止蝕食時，TESS仍然能夠看到它們之間的相互作用，因為一顆主恆星會將另一顆拉伸成淚滴形狀。
HS Hydra 的今與昔
達文波特對TESS的數據結果非常興奮，他說HS Hydra研究最引人注目的方面是能夠從這項任務之前一個多世紀的數據中提取數據。可追溯的最早的觀察是在1893年，當時萊特兄弟還專注於銷售自行車。在這些記錄中，星星以早期攝影的形式被永久地記錄在玻璃板上。
達文波特說:「天文學家將不得不在黑暗中騎著望遠鏡，在晚上更換玻璃板。」「作為一名觀測天文學家，那是一個瘋狂的時代，我想謝天謝地，我沒有在那裡。」
但這些觀測數據仍然存在，其中許多是由哈佛大學項目的「天空世紀數字訪問」(Digital Access to a Sky Century)放在網上的，檔案管理員還對數據進行了校準，並包括了原始觀測者的日誌記錄。達文波特和他的同事忽略了那些似乎損壞嚴重的玻璃板，他們仍然有1000多個觀察結果可以分析。
他說:「這就好像有人發明了一個望遠鏡，它是一個時間機器。」「我們只是去下載數據，就像我們從現代太空檔案館下載數據一樣。」有了這台時間機器，達文波特和他的同事們可以描繪一段長達125年的歷史，其中有人類與太空歷史的獨特回聲。
這是1945年拍攝到天文觀測的玻璃板上的數字圖像。(圖片來源:DASCH/哈佛大學)
幾十年來，當人類研製出第一架飛機和火箭時，HS Hydra只是一顆明星。1959年，從地球上看，它的日食是最引人注目的，五年後，科學家們意識到它的雙星性質。達文波特說:「就在太空時代的黎明，就在人造衛星發射之後，我們正準備登月，所有這些事情都準備發生，那是系統處於最佳狀態的時候。」
在接下來的幾十年裡，系統中看不見的第三顆恆星逐漸旋轉雙星，使日食傾斜，使它變得更加難以探測, 但科學家們一直在跟進。達文波特說:「隨著研究變得越來越困難，我們的工具也越來越先進。」
但是他們對這一系統的興致也許並沒有那麼濃厚。「這從來不是一個令人興奮的系統，」他說。到了21世紀初，科學家們已經厭倦了它。「他們認為這只是另一個雙星系統, 沒有什麼特別之處。」
然後，科學家們意識到該系統第三顆恆星的影響，這確實是一個特殊的特徵。TESS開始投入工作。達文波特說:「現在我們正處於這個拐點，在這裡我們有了這個新的調查方向，我認為，它將徹底改變雙星研究, 然而這個系統現在似乎有消失的跡象。」科學家們的新計算預測，HS Hydra將在2195年左右再次開始日食。
但他說，科學家們可能沒有真正解決HS Hydra的難題，隨著數據集變得越來越長，這個系統將繼續給天文學家帶來驚喜。達文波特說:「我們只看到了100年。」「它可能不是一條直線, 它可能會慢慢彎曲，或者再次擺動，如果有第四顆恆星與它們一起共舞的話。」
美國宇航局的凌日系外行星勘測衛星(TESS)拍攝的一張圖像顯示，星星散落在天鵝座周圍的北方天空中。(圖片來源:NASA/MIT/TESS和Ethan Kruse (USRA))
因為對於一個觀測天文學家來說，一個令人羨慕的時間框架對一個天文物體來說只是一個瞬間。達文波特說，這意味著科學家們可以很好地回顧過去和展望未來——既要挽救該領域最早的數據，又要仔細考慮如何確保今天的觀測結果仍然可用。
「我們現在拍攝的圖像將在一個世紀後成為這些數據集合之一, 人們看到如今的拍攝成果很可能會打趣地說，『哦，他們有這個可愛的小望遠鏡，他們稱之為TESS，』」。「總有一天，他們會回顧這些數據，它將成為未來一些很酷的項目非常粗糙的基石。」
BY:Meghan Bartels
FY:Angelina Yang Gong
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