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中美掩星计画
2011-12-04 21:57:09   来源:   点击:

    台湾与美国合作以估计太阳系外缘「古柏带」天体数量的观测计画。在台湾鹿林前山兴建4座50公分口径的广角望远镜,长期监测黄道带的背景恒星,以侦测「古柏带」小型天体通过背景恒星前方所造成的亮度变化,以估计这些小型天体的數量。

    在中央恒星和周边大型行星形成之後,太阳系的外围仍然留存有大量的小型天体,这些天体的成分主要包含水冰和灰尘,分布在太阳系外缘的广大区域,泛称为「欧特云」(Oort Cloud)。这个区域内的小型天体若受到其他天体的扰动,就有可能改变轨道,受到太阳引力牵引,进入太阳系内部,接近太阳时受热喷出内部物质,形成「彗发」和「彗尾」,而成为人们所熟知的「彗星」。欧特云内层扁平,理论上认为是短周期彗星的发源地,另有名称,称为「古柏带」。即使是「古柏带」,也因为距离遥远,天体微小,不易观测,过去只能在小型天体形成彗星运行到太阳附近时才能观测研究。

    1992年,天文学家发现了第一个「古柏带」天体 1992 QB1,直径达200公里。天文学家近年来使用大型光学望远镜,在此一区域持续发现新的天体,证实了「古柏带」的存在,同时普遍认为冥王星也是古柏带天体之一。但受限於目前望远镜的灵敏程度,人们对於「古柏带」的了解仍只局限於直径超过100公里的天体,至於此处天体的数量及其分布的密度则仍然不清楚,因为观测样本并不完全。因此台湾和美国合作,产生了「中美掩星计画」,希望利用「古柏带」天体横越背景恒星前方造成恒星短暂的亮度下降,来侦测太阳系外围直径1公里的物体,这是目前世界上唯一有系统研究太阳系小型天体的计画。本计画在台湾是由中央大学和中央研究院共同规划。

    为了要侦测时间上可能短到0.2秒的亮度变化,本计画的观测方法采用「拉链模式」,让星点在影像曝光中连续移动,对每一个天体都得出一系列多重曝光影像,若一颗恒星有短暂的亮度变化,则可直接由其系列影像中变暗的部分星点看出。本计画的四组望远镜安装於玉山国家公园辖区内的鹿林前山天文台,以东西方向延伸设置。设立四组望远镜同步观测同一天区,目的在於避免非天体因素的亮度变化,同时可利用四组望远镜侦测同一事件的时间差,计算掩星天体的大小。整体计画除了发展新的观测模式之外,设计制造短焦比大视野的望远镜,要求视野中的星点形状锐利完美,同时要达到观测影像的快速读出,以及全自动进行巡天观测和後续的影像自动判读,都是技术上的挑战,在本计画推动的过程中,合作单位一一克服了这些挑战,而於2005年开始正式观测。

    本计画的观测系统设在台湾有其优势,台湾地处低纬度,观测黄道面的时间相对较长。在计画进行的过程中,韩国延世大学也加入合作。经过初期三年多的观测,第一批超过70亿笔恒星亮度的數据中,并未侦测到任何掩星事件,显示太阳系外围天体的數量可能不如某些理論上的估计。但这些长期观测所累积的数据影像,已经建立了数据库,可以用来从事其他相关的天文物理研究和发现工作

    中文关键字: 欧特云 , 彗星 , 古柏带

    英文关键字Oort Cloud , comet , Kuiper belt

    参考资料

    1. 温志懿。1998。〈中美掩星观测计画〉。《物理双月刊》,20(4):469-472。
    2. 陈文屏。1996。〈失而复返的太阳系成员─彗星〉。《物理双月刊》,18(5):545-555。
    3. TAOS Project. http://taos.asiaa.sinica.edu.tw/。

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