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在晴朗的夜晚,遠離街燈,你可以在黑暗的地方看到數千顆星星。幾分鐘內,景色美不勝收。現在選一顆星星,穩定地觀看半小時……但是如果兩個小時呢?如果50個小時呢?
我們剛剛開始一項實驗,要觀察一顆恆星數千小時,我們可能很幸運地看到圍繞另一個世界的光環的陰影。
天文學家已經使用凌日法探測到大量系外行星——當行星的軌道使其在我們和恆星之間移動時,看到恆星的光線在幾個小時內變暗一小部分(通常小於 1%)。由於它依賴於來自恆星而不是行星本身的光線,這種間接探測技術在地面上探測到數百顆凌日系外行星,以及使用開普勒太空衛星探測到一千多顆系外行星方面都非常成功。
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繪架座β星(簡稱β Pic)是南半球的一顆恆星,肉眼可見,與明亮的恆星老人星和大小麥哲倫雲的長軸形成一個細長矩形的最弱一角。這顆恆星相對年輕,並且有一個以恆星為中心的大型星周塵埃和氣體盤,幾乎與我們從地球上的視線邊緣相對。一顆比木星大十倍的巨型氣態行星——繪架座β星b——大約需要幾十年才能完成圍繞其母恆星的一次旅行。
它也是我們所見的少數幾顆直接成像的系外行星之一。我們已經拍攝到行星圍繞恆星運動的影像,這些影像是使用世界上最大的望遠鏡拍攝的。現在,這顆行星幾乎圓形的軌道幾乎是從邊緣看到的,從我們的角度來看,它正在向恆星靠近。但是,伯克利的一名研究生傑森·王分析了繪架座β星b的位置,以檢視它是否可能會凌日其母恆星。經過仔細分析,他得出結論,該行星在2017年不會凌日——這使得繪架座β星更加有趣,因為在1981年發生了一些非常奇怪的事情。
多年來,繪架座β星最初被用作參考星——一顆亮度恆定的恆星,可以校準天文觀測。但是在1981年末,這顆恆星在幾周內逐漸變亮然後恢復正常,並且在三晚的時間視窗內,其亮度波動了約百分之六。天文學家推測,來自彗星尾巴的物質雲,或者可能是帶有環的行星,已經移到了恆星的前面。隨著後來發現繪架座β星b,1981年的日期與之前繪架座β星b在恆星前經過的時間一致。
隨著後來發現繪架座β星b,現在看起來似乎是行星周圍的物質擋住了來自恆星的部分光線。我們現在有了一個獨特的機會來尋找系外行星周圍雲和環的明顯特徵和組成,從而有可能獲得對行星和衛星形成的新的見解。
我們可能已經看到了類似的事件。另一顆年輕的恆星,稱為J1407,在2007年5月經歷了兩個多月的非常複雜和深度的變暗。我們小組將這些波動解釋為一系列巨型環的陰影,最大的環比土星環大200多倍,在恆星和地球之間移動。
這些巨大的結構可以位於巨型氣態行星的引力範圍內(一個稱為希爾球的區域),我們認為J1407有一顆巨型氣態行星將這些環保持在圍繞其執行的軌道上。但是,再過幾百萬年,引力將勝出,環將凝結成衛星。人們認為類似的現象也發生在我們的太陽系中。
我們認為在1981年也看到了繪架座β星的相同情況,並且我們希望在2017年當繪架座β星b的希爾球經過恆星前方時看到類似的事件發生。問題是我們不確切知道任何環或碎片雲的位置,因此我們需要在希爾球凌日的整個持續時間內觀察繪架座β星——這需要200多天!要求一臺望遠鏡連續數天觀察一顆恆星是非常不尋常的(通常的回應是禮貌但堅定的“不”),但是繪架座β星是一顆明亮的恆星,因此我們不需要大型望遠鏡來監視它。
bRing專案團隊在南非薩瑟蘭天文臺的迷你天文臺合影。 圖片來源:Remko Stuik
這就是“繪架座β星b環”(bRing)專案的開始方式。在荷蘭的萊頓天文臺,我們建造了一個小型天文臺,其中包含兩個帶有廣角相機鏡頭的CCD相機,可以每12秒拍攝一次繪架座β星和周圍天空的影像。1月下旬,我們的bRing團隊在南非薩瑟蘭的南非天文臺安裝了天文臺,現在我們每天晚上都在獲取繪架座β星的資料。
我們的團隊正在羅切斯特大學完成第二個bRing站的建設,並將運往澳大利亞的賽丁泉,在那裡,當南非的太陽昇起時,我們將繼續跟蹤繪架座β星。我們的目標是觀察到指示環或雲開始穿過恆星前方的明顯閃爍,然後我們可以觸發在更大的望遠鏡上進行觀測,使用光譜儀檢查星光,並尋找構成中間物質的冰、氣體和塵埃的明顯指紋。
我們並不孤單地觀察繪架座β星——兩顆小型太空衛星將密切關注這顆恆星。BRITE 立方體衛星已經在地球軌道上運行了幾年,研究明亮恆星的振盪,以瞭解其內部結構。Konstanze Zwintz博士正在領導對2017年使用兩顆BRITE衛星對繪架座β星的觀測。在巴黎,Sylvestre Lacour博士正在為PICSAT的發射做準備,PICSAT是一顆專門用於在未來一年內監測繪架座β星的立方體衛星。其他人正在計劃使用大小望遠鏡進行光譜測量,我們都將仔細尋找明顯的閃爍。
現在我們所需要做的就是觀察和等待。