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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    恒星的光影魔術秀

                    2018-01-10 14:08:00

                      滿天的恒星中,很多都是雙星。它們相互圍繞著對方運轉,或者圍繞著相互的引力中心運轉。當一顆恒星運行到另外一顆恒星前面的時候,就會帶來光度的變化。這早已經成為天文學上的常識。這種恒星相互遮掩造成的天文現象稱為“掩星”。

                      科技進入新時代后,天文學家開始尋找日外行星。為了找到一個新的地外家園,他們將這種掩星觀測技術引入其中。恒星與行星的關系也如同雙星的關系:當一顆行星運行到恒星面前的時候,也會讓恒星的光芒變得暗淡些許。雖然這種變化只有萬分之一,但是新的觀測技術已經能夠發現這種變化。如果恒星的光芒變暗且有周期性,就可以判斷它有行星。天文學家利用這種技術已經找到很多日外行星。

                      在尋找日外行星的過程中,最卓有成效的是開普勒天文望遠鏡。這個望遠鏡從2009年開始工作,2013年因為故障停止了工作。但是,它卻給我們留下了很多觀測資料。兩年后,天文學家從觀測資料中發現了一顆特別的恒星。這顆恒星位于天鵝座,它的編號是KIC 8462852,距離我們1480光年,被稱為“塔比星”。

                      塔比星疑云

                      恒星的光變曲線跟心電圖差不多,彎彎曲曲很有規律。但是,塔比星的光變曲線很不正常。2011年3月,在塔比星的光變曲線上,天文學家觀測到第 800 天附近有一個凹坑。這個凹坑先是緩慢變暗,然后飛快地變亮,完全不對稱。另一個凹坑出現在1500天附近,也就是2013年2月,它也不對稱。這兩個巨坑,一個深達22%,另一個深達15%。這似乎告訴我們,它有兩顆行星,這兩顆行星都巨大無比。但這是不可能的,即使它有像木星那么大的行星,光度也僅僅該有1%的變化。更何況,塔比星的質量只比太陽大一點,為1.44倍的太陽質量,它不可能有太大的行星。

                      但是有一點可以確認,一定有什么東西遮住了塔比星,這個東西還十分巨大,寬度可達這顆恒星本身的一半。

                      是什么遮住了塔比星的光芒,又是什么與塔比星之間在進行一場光影魔術表演?這個看不見的東西引起了很多人的興趣。他們猜測,這里存在擁有高度文明的外星人,外星人建造起來的龐大軌道工程擋住了塔比星的光芒,這種軌道工程叫做“戴森球”。

                      這些擁有高度文明的外星人,為了得到更多的恒星的光,在太空建造了反光板(就像是我們的太陽能反光板),把恒星的光返回到行星上。外星人建造的反光板太多了,一個連著一個,就像是一個大圓球那樣把行星包圍起來。當然,也能把恒星和行星都包圍起來,這樣就能最大程度地收集恒星的光能。如果從我們的角度看,這樣龐大的宇宙工程必然要擋住恒星的光,在恒星的光變曲線上留下一個個的凹坑。

                      這種觀點一經推出,立刻引起了一陣喧囂,紛紛揚揚的報道接踵而至。人們驚呼,我們發現了外星文明。進入2017年5月,塔比星光變周期又開始了,它又引起了更多人的恐慌。世界上很多人都把望遠鏡對向這里,認為這里是尋找外星文明的最佳地點,全球大大小小的媒體也都在興奮地聚焦于此。

                      恒星“柱一”的光影魔術表演

                      塔比星的周圍究竟有什么,現在下結論還為時過早,但基本可以肯定不是戴森球這樣的星際工程。如果有的話,那也只可能是一顆行星帶著衛星,或者是一顆行星帶著行星環。

                      行星環可以很巨大,如果它處在星系的邊緣,就會造成更大的光影變化,這種恒星的光影魔術表演,以前也曾上演過,但沒有引起什么反響。一個最近的例子是2009年恒星“柱一”的光影魔術表演。

                      柱一在御夫座,是一顆奇怪的恒星。1821年,一位德國的天文愛好者發現,柱一的亮度會下降。1848年,柱一發生了一次變暗。1876年,柱一再一次發生變暗。由此天文學家開始認識到,柱一每隔27.1年會發生一次這樣的變暗過程,這個周期實在是難以想象的漫長。于是,這一現象引起了很多天文學家的關注。從1821年開始,天文學家便一直在關注柱一,但他們越是關注,就越迷惑??茖W家試圖為這種周期性的變化找到一種理論上的解釋,但是柱一的光變周期并不是那么嚴格,比如在1955年開始的那次食變中,變暗和增亮的時間持續了4個多月。同時,它變暗的時間也增加到13個月。在1982年開始的食變中,它變暗的時間是15個月,而增亮的時間只持續了兩個月。柱一如此的反復無常,它的光影魔術顯得那么神奇。

                      2009年12月,柱一的光影魔術又開始了。天文學家的觀測工具已經取得了巨大的進步。他們將最好的觀測設備都對準了柱一,期望有新的發現。至于天文愛好者,他們只能湊熱鬧,把自己的望遠鏡對著柱一,欣賞天空中最長的光影魔術表演而已。

                      2010年4月,美國天文學家使用望遠鏡干涉技術,拍攝了柱一的光影照片。結合這些照片,他們得出了初步結論,認為:這是一個雙星系統,柱一的質量相當于太陽的3.5倍。另一顆恒星的質量較小,但是卻帶著一個塵埃盤,這個塵埃盤是半透明的,因而它擋住柱一的時候,仍然可以看到柱一,只不過光線暗淡了一些。伴星的質量與塵埃盤的質量尚不能確定,因此也有更多的科學家認為,那顆看不到的伴星也許質量更大一些。

                      這次,天文學家使用最先進的技術,在光變周期之后,總算是給柱一的光影魔術表演做出了一種還算合理的解釋。

                      像這樣亮度改變較大的光影魔術表演,基本上都會有塵埃盤的參與,龐大的塵埃盤在其中扮演了重要角色。很多恒星都有塵埃盤,尤其是那些年輕的恒星,它們的塵埃盤是正在形成的行星系統,因此,這種光影魔術表演也就十分尋常。

                      內外兩個塵埃盤的長蛇座TW

                      長蛇座TW距離我們比較近,僅有192光年,因此我們對它的研究就比較多。這顆恒星很年輕,僅有800萬年,剛誕生不久,周圍的行星還沒有成型,正處在形成階段。

                      但這顆恒星的塵埃盤是面向我們,而不是側向我們的,因此我們可以完整地看到這個塵埃盤的全貌。但是,這個環繞著恒星的塵埃盤很不正常,左右亮度不一致,而且還在變化中。隨著時間的推移,這顆亮度不對稱,結構看起來以逆時針方向在氣體塵埃盤上移動的恒星,到了2016年,又重新回到了2000年圖像中的位置。

                      這也是一場光影魔術表演,只不過是一場很另類的光影魔術表演,充當背景大幕的光影從恒星上轉移到了塵埃盤上。塵埃盤上暗淡的部分表明這不是盤面本身的特征。如果是的話,周期不會只有16年,它應該100年才能運轉一圈,因而一定是有一個東西在這里投下了陰影。應該是一個影子在盤面上移動,就像是一個鐘表的指針,以逆時針方向,每隔16年運轉一圈。產生這個陰影的東西一定是在塵埃盤的內側,所以才能遮擋住恒星的光?,F在科學家結合射電波段的觀測結果得出結論,在塵埃盤的內側,還有一個塵埃盤。但這個塵埃盤傾斜了,跟外側的塵埃盤不在同一個平面,它的一半在塵埃盤的下部,另一半則位于塵埃盤的上部。這個塵埃盤翹起的上部擋住了恒星的光,所以會在外側的塵埃盤上留下陰影,并且這個陰影每隔16年運轉一圈。

                      層出不窮的光影魔術表演

                      恒星離我們實在是太遙遠了,那上面的一點光芒變動,之所以都能被我們的望遠鏡辨識出來,這得歸功于天文觀測技術的巨大進步。隨著各種觀測技術的迭代更新,我們還會發現各種各樣的恒星系統,觀看到更多精彩紛呈的光影魔術。

                      試想一下,如果外星人從遙遠的地方觀測太陽系,“他們”也會發現這些奇幻的光影魔術表演。導致太陽系光影魔術出現的原因有很多,通常歸結為以下兩點:一是最外側的柯伊伯帶中的那些矮行星會導致太陽的光度變化;二是太陽系八大行星也會輪流遮擋住太陽。此外,小行星帶還有幾十萬顆天體,它們的聯合作用也會引起太陽光度出現某種變化。更有甚者,還有體積巨大,又帶著眾多衛星的木星,以及不僅帶著眾多衛星,而且還帶著層層外環的土星,都會遮擋住太陽。它們的聯合作用會讓這些外星人根本找不到太陽的光變周期,一個周期被確定之后,隨后又被另一個變化的周期否定,會弄得“他們”一頭霧水,找不著北。

                      塔比星的光度周期變化還沒結束。它即使結束了,也不可能有定論。塔比星系可能是一個結構比較復雜的星系,跟太陽系的結構差不多,它的光影魔術表演也是多種因素導致的結果。因此,看恒星的光影魔術表演,我們不要驚慌,更不要以為找到了外星文明。今后,我們一定還會看到更加奇妙的恒星光影魔術表演。

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