2019年末,就在COVID-19疫情席捲全球的幾個月前,世界大部分地區的注意力反而集中在一個距離我們500多光年的、泛紅色的、正在變暗的光點上。參宿四,這顆紅色超巨星很容易被認作獵戶座的右“肩”,它突然且神秘地變暗了超過兩倍。一些天文學家推測它正處於作為超新星爆發的邊緣——否則預計會在未來10萬年左右發生的一次事件。然而,到2020年2月初,變暗停止了,幾周內這顆恆星恢復了正常的亮度,這給研究人員留下了關於這個被稱為“大暗淡”的奇異事件揮之不去的問題。
答案逐漸從眾多關注這顆恆星的天文臺的觀測中浮現出來。首先,一個研究團隊曾使用哈勃太空望遠鏡在事件發生前、期間和之後觀測參宿四,他們報告說,從恆星表面噴射出的大量熱物質形成了一片遮蔽塵埃雲,導致了明顯的變暗。然後,另一個團隊使用來自中國威海天文臺的資料發現,在“大暗淡”期間,參宿四的溫度驟降了至少170開爾文,研究人員認為,溫度驟降不是由於塵埃雲,而是由於他們推斷一定在恆星表面短暫形成的一個非常大的、相對較冷的暗斑。最後,又一個團隊使用智利甚大望遠鏡的觀測結果得出結論,認為這兩種情況都是正確的。在這個混合模型中,恆星南半球暗斑的出現降低了周圍的溫度,並噴射出一個熱氣泡。然後,當逸出的物質冷卻時,形成了一片巨大的、阻擋星光的塵埃雲,從而產生了“大暗淡”。
現在,一個非常規的望遠鏡——一顆氣象衛星上的相機——也加入了進來,帶來了一系列新的觀測結果。在意識到參宿四出現在日本地球觀測衛星向日葵8號的視野中後,東京大學的三名研究生決定仔細研究該衛星在“大暗淡”期間拍攝的存檔影像。他們發表在《自然·天文學》上的研究結果支援了雙重假設,同時也提出了一個令人興奮的可能性,即其他氣象衛星的資料可能被重新用於廣泛的天文觀測。對向日葵8號影像的研究甚至啟發了美國國家海洋和大氣管理局探索其自身的一顆衛星是否可以複製這些發現。
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“他們做得非常聰明,”哈佛-史密森天體物理學研究所的天體物理學家 Andrea Dupree 說,她對這項研究很熟悉。“當然,我喜歡這個結果。” Dupree 領導了早期的研究,該研究使用哈勃資料將“大暗淡”與參宿四噴出塵埃雲聯絡起來——她指出,這一結論最初受到了很多爭議。
Dupree 對於使用非常規方法進行棘手的觀測並不陌生。從四月到八月,地球繞太陽的軌道使參宿四在天空中非常接近我們的太陽,以至於由此產生的眩光破壞了來自地面或近地軌道上大多數望遠鏡的觀測。位於太陽系其他地方或地球周圍某些特殊高軌道的望遠鏡仍然可以獲得不受阻礙的視野。受到“大暗淡”的啟發,在 2020 年初,Dupree 聯絡了 NASA 戈達德太空飛行中心的官員,要求使用該機構的 STEREO-A 航天器(該航天器繞太陽而不是地球執行)在夏季再次觀測參宿四。但儘管她自己具有創造力,Dupree 說她也從未想過使用氣象衛星。
使用向日葵8號資料的想法始於一條推文。在瀏覽 Twitter 時,主要作者谷口大祐看到一篇關於地球衛星意外攝入向日葵8號部分影像的帖子。他想知道是否也可以使用氣象衛星來觀測參宿四。有幾個優點使這個想法很吸引人。“地面望遠鏡不可避免地會受到地球大氣層的影響,並且無法觀測到紅外波長範圍的許多部分,”谷口說。雖然空間望遠鏡沒有這個障礙,但在它們上面獲得觀測時間的競爭“非常激烈”。
因此,谷口聯絡了研究生同學兼最終研究報告的合著者山崎和哉,看看他們是否可以繞過競爭並進行自己的觀測。山崎回憶說,起初,“我並沒有完全自信,因為[在向日葵8號的影像中],與月球相比,星星非常暗。” 但山崎與谷口和第三位研究生、研究報告的合著者宇野慎介一起,決定嘗試一下。
當參宿四進入向日葵8號的視野時,實際上並不難看到它——它看起來像一個懸停在地球盤邊緣的點。它還受益於在光學和紅外波長下都很明亮,這增加了它在氣象衛星探測器中註冊的機會,而這些探測器並非為天文應用而設計。但是,僅僅在衛星影像中找到恆星是一回事——使用資料進行實際的高精度恆星測量是另一回事。山崎說,資料整理是這項研究中最艱鉅、最耗時的部分。
受到向日葵8號結果的啟發,Dupree 已請求 NASA 和 NOAA 的地球靜止業務環境衛星-R (GOES-R) 系列氣象監測衛星產品質量團隊的校準科學家 Jon Fulbright 的幫助,以檢視這些航天器是否可以幫助複製它。截至撰寫本文時,Fulbright 仍在嘗試從 GOES-R 資料中提取有關參宿四的見解,並且正在努力應對該任務所需的繁瑣的單位轉換和畫素大小調整。他說,使用這種非常規資料來源的好處可能並不總是超過缺點。
“我一直在糾結這是否是一次性的事情,”Fulbright 說。就像日本團隊一樣,他和他的同事懷疑,為了使這種新穎的方法充分發揮其潛力,必須開發更好的方法來彌合氣象和天文資料集之間的差距。但是,只有在設計新一代地球觀測衛星時考慮到這些因素,才可能出現與天文學的協同效應。“也許,”他說,“這樣的事情會激發人們的想法。”
