发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 双筒望远镜辅助观赏 需以口径20公分(8吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照 ★★★

  根据预测,一个距离地球3,000光年的恒星系统T Coronae Borealis(T CrB)在不久之后将可以成为肉眼可见的恒星,这是千载难逢的机会,因为此新星爆发大约每80年才会发生一次。T CrB上次爆发是在1946年,天文学家认为它在2024年2月至9月期间将再次爆发。此恒星系统的亮度通常为10等星,因此平时无法用肉眼观看,但在爆发期间亮度将变亮至2等星,这与北极星的亮度相似,在亮度达峰值的数日内将肉眼可见,然后会再次逐渐变暗,并再持续约80年。

  T CrB位于北冕座,这是在牧夫座和武仙座之间形状像是一个小半圆弧的星座。这颗重复出现的「新」星只是我们银河系中此类型的五颗之一,会发生重复爆发是因为T CrB是一个由白矮星和红巨星组成的双星系统,因两颗星的距离足够近,当红巨星因温度和压力不断升高而变得不稳定并开始喷射其外层时,白矮星会将这些物质收集至其表面,白矮星的浅层致密大气最终将加热到足以引起失控的热核反应,从而产生我们从地球上看到的「新星」。

T CrB位置示意图。
图说:T CrB位置示意图。

在此动画中,红巨星和白矮星相互绕转。红巨星是一个红色、橙色和白色相间的巨大球体,面向白矮星的一侧颜色最浅。白色和黄色的亮光代表恒星周围的吸积盘,白矮星隐藏在其中。一股物质流从红巨星流向白矮星。动画一开始,红巨星位于萤幕右侧,与白矮星共同运行,当红巨星移动到白矮星后面时,白矮星上的新星爆炸,白光消失后,新星喷出的物质球呈现淡橙色,物质雾散去后,留下一个小白点,表示白矮星在爆炸中幸存下来。图片来源:NASA’s Goddard Space Flight Center

图说:在此动画中,红巨星和白矮星相互绕转。红巨星是一个红色、橙色和白色相间的巨大球体,面向白矮星的一侧颜色最浅。白色和黄色的亮光代表恒星周围的吸积盘,白矮星隐藏在其中。一股物质流从红巨星流向白矮星。动画一开始,红巨星位于萤幕右侧,与白矮星共同运行,当红巨星移动到白矮星后面时,白矮星上的新星爆炸,白光消失后,新星喷出的物质球呈现淡橙色,物质雾散去后,留下一个小白点,表示白矮星在爆炸中幸存下来。图片来源:NASA’s Goddard Space Flight Center

  红巨星在摆脱了所有大气层后,只剩下核心,科学家将这种恒星残骸称为白矮星。白矮星的大小通常与地球相似,但质量却是地球的数十万倍,就如同一茶匙的物体却比一辆小货车还重。白矮星本身不会产生新的热量,因此会在数十亿年的时间里逐渐冷却。虽然其名字叫白矮星,但可以发出从蓝白色到红色的可见光。科学家有时发现白矮星被尘埃盘状的物质、碎片甚至行星所包围(这些行星是原始恒星在红巨星阶段的残余物)。 而约在100亿年后,太阳在历经红巨星阶段后,将变成一颗白矮星。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  如果我们能够倒转数十亿年的时间,那时的银河系可能会被归类为哪种类型呢?目前最好的猜测是它可能会更像一块冲浪板!根据詹姆斯·韦伯太空望远镜释出的资料,天文学家已经「将时间倒转」,估计数十亿年前的银河系可能更像一块冲浪板。这个结论对于理解早期宇宙星系形态演化有着重要指标。根据研究人员的分析,早期星系的形状,与现今的星系形态相比有着明显的差异。当宇宙年龄介于6亿至60亿年时,冲浪板和面条形状的星系更为普遍。这项新的研究相关成果已发表于预印网站《arXiv》上。

  这项研究聚焦于韦伯太空望远镜提供的大量近红外线影像,称为「宇宙演化初步科学资料调查研究(CEERS)」,挑选出被估计存在于宇宙年龄为6亿至60亿年时的星系。与当前附近的星系相比,这些早期星系通常呈现扁平且细长的形状,就像冲浪板和面条,与现今星系的螺旋结构或椭圆形状有所不同。这项研究的结论是:在宇宙早期,像面条或冲浪板的星系似乎非常普遍,这与当前时空中它们稀少的情况形成对比。至于为什么在宇宙早期,星系的形状会有如此不同,目前尚无确切答案。然而,这项研究提出了这个问题,强调了对星系形态在宇宙演化过程中变化的进一步研究的重要性,以更深入地了解超过130亿年来星系的三维几何形状的演变。

这张图片显示韦伯太空望远镜所拍摄到的一些星系照片,早期的星系通常呈现扁平且细长的形状,就像冲浪板和面条(如上列);而现今星系多呈现螺旋结构或椭圆形状(如下列)。
图说:这张图片显示韦伯太空望远镜所拍摄到的一些星系照片,早期的星系通常呈现扁平且细长的形状,就像冲浪板和面条(如上列);而现今星系多呈现螺旋结构或椭圆形状(如下列)。

  韦伯太空望远镜拥有高灵敏度、高分辨率影像以及专门的红外线处理技术,使研究团队能够快速地对许多星系进行特性描述并建立它们的3D几何模型。然而,这项工作如果没有先前由哈勃太空望远镜进行的广泛研究,则无法完成。数十年来,哈勃太空望远镜以一些深空场域的星系的影像让我们惊艳。像这样的深空调查产生了大量的统计数据,让天文学家能够建立遥远星系的坚固3D模型,并且跨越整个宇宙时间。如今,韦伯太空望远镜正在强化这些资料,提供了哈勃太空望远镜无法触及的大量遥远星系,并且以比以往更详细的方式揭示了早期宇宙。哈勃太空望远镜长期以来展示了大量的细长星系,但研究人员仍然想知道:更犀利的红外线观测是否能显示出更多细节?韦伯太空望远镜除了证实哈勃太空望远镜对它们共同观察的星系中没有错过任何额外的特征,韦伯太空望远镜还向我们展示了更多形状相似的遥远星系,并呈现了更多细节。研究人员不仅需要从韦伯太空望远镜的资料中获得更多的样本以进一步精确地了解遥远星系的性质和精确位置,还需要花费大量时间来调整和更新他们的模型,以更好地描绘出遥远星系的精确几何形状。此次的研究报告只是早期结果,我们需要更深入地研究数据,找出其中的奥妙,但天文学家已经对这些早期报告感到非常兴奋。(编译/台北天文馆段皓元)

根据韦伯太空望远镜资料而绘製的星系3D图。有些星系呈像排球的球状(左上)、有的呈像飞盘扁球状(右上)、有些呈像冲浪板的长椭球状(左下)、有的则呈面条一样的细长形(右下)。
图说:根据韦伯太空望远镜资料而绘製的星系3D图。有些星系呈像排球的球状(左上)、有的呈像飞盘扁球状(右上)、有些呈像冲浪板的长椭球状(左下)、有的则呈面条一样的细长形(右下)。

资料来源:WEBB Science Releases

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  欧洲太空总署(ESA)的火星快车号太空探测船,近期在火星赤道下方的地底,发现了迄今为止范围广最大,含量最多的冰层。这些水冰以尘埃冰的形态层层堆积形成沉积物,厚度约为3.7公里(2.3英里),上方覆盖着数百公尺厚的火星乾燥尘土。冰的型态与地球上日常所见完整的水冰不同,是冰与尘土的混合物。

火星快车号所探测,在梅杜莎槽沟层内土丘地形下的冰层分布。土丘由一系列的风蚀沉积物所构成,直径约数百公里,高度约数公里,土丘下所埋藏的冰层厚度可达约3公里。This map shows the estimated amount of ice within the mounds that form the Medusae Fossae Formation (MFF) consists of a series of wind-sculpted deposits measuring hundreds of kilometers across and several kilometers high, indicating that the ice-rich deposits are up to 3000m thick. (Image credit: Planetary Science Institute/Smithsonian Institution)
图说:火星快车号所探测,在梅杜莎槽沟层内土丘地形下的冰层分布。土丘由一系列的风蚀沉积物所构成,直径约数百公里,高度约数公里,土丘下所埋藏的冰层厚度可达约3公里。图片来源:Live Science

  约15年前,火星快车号在位于赤道附近的梅杜莎槽沟层(Medusae Fossae Formation)质构造下方发现了这些沉积物,但在当时并无法确定它们的组成与成分。行星科学家们推论梅杜莎槽沟层是在过去的30亿年间,由很久以前地质活跃时期的熔岩流所形成,然后被火星火山所喷出的火山灰层层覆盖。现在的梅杜莎槽沟层则是因为覆盖着数公里厚的沉积物,而成为形成火星沙尘暴时的主要尘埃供应来源。但是,这些沉积物只是由尘土堆积形成的吗?由最新的探测结果证实,它们并不只是尘土。因为行星科学家发现这些沉积物的密度比一般由尘土堆积所形成的沉积物要低得多。经过进一步分析,证实它们其实是冰和尘土的混合物。

这张立体图是火星上名为Eumenides Dorsum的地形图,它属于梅杜莎槽沟层的一部分。梅杜莎槽沟层由一系列的风蚀沉积物所构成,位于火星高地与低地之间的边界附近,可能是火星上最大的单一尘土来源,也是分布最广泛的沉积物之一。This perspective view shows Eumenides Dorsum, part of Mars’s Medusae Fossae Formation (MFF). The MFF consists of a series of wind-sculpted deposits measuring hundreds of kilometers across and several kilometers high. Found at the boundary between Mars' highlands and lowlands, the deposits are possibly the biggest single source of dust on Mars, and one of the most extensive deposits on the planet. (Image credit: Caltech/JPL Global CTX Mosaic of Mars/Smithsonian Institution)
图说:这张立体图是火星上名为Eumenides Dorsum的地形图,它属于梅杜莎槽沟层的一部分。梅杜莎槽沟层由一系列的风蚀沉积物所构成,位于火星高地与低地之间的边界附近,可能是火星上最大的单一尘土来源,也是分布最广泛的沉积物之一。图片来源:Live Science

图为由火星快车号所探测分析,梅杜莎槽沟层内的地层剖面图。其中干燥的尘土沉积物以棕色标示,与疑似富含水冰的冰-尘土混合沉积物以水蓝色标示。隐藏在地下的冰层厚度约数公里,宽度约为数百公里。The graph shows the shape of the land and the structure of the subsurface, with the layer of dry sediments (likely dust or volcanic ash) in brown and the layer of suspected ice-rich deposits in blue. The graph shows that the ice deposit is thousands of meters high and hundreds of kilometers wide. (Image credit: CReSIS/KU/Smithsonian Institution)
图说:上图为由火星快车号所探测分析,梅杜莎槽沟层内的地层剖面图。其中干燥的尘土沉积物以棕色标示,与疑似富含水冰的冰-尘土混合沉积物以水蓝色标示。隐藏在地下的冰层厚度约数公里,宽度约为数百公里。图片来源:Live Science

  在此之前,在火星上低纬度的其他地区,陆续就有发现大量水冰的纪录,甚至还发现由古代的冰川作用所遗留下来的特殊地质构造。而会形成这种结果,是因为火星的自转轴曾经发生漂移的缘故。行星科学家在研究火星的地质历史时,发现火星的地轴倾角曾经发生过重大改变,而且过程相当混乱。目前的火星自转轴倾角约为25°。但是在过去的历史中,火星的自转轴倾角曾经发生在10°~60°之间的大幅度变化。由于在自转轴倾角大的时期,两极有时会比赤道更接近太阳。因此仅受太阳斜射的赤道地区,表面可能会形成大量的冰。之后,这些冰被层层的火山灰和尘土掩埋在地底,并残存至今。而不断变化的火星自转轴倾角也可以解释为何在约40万年前,火星地表会短暂出现液态水并冲刷出沟渠地形的原因。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Live Science

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  五诸侯是中国古星官之一,特别的是在井宿及太微垣中皆有五诸侯星官,指五位地方诸侯,而此次于2024年1月24日晚间发生之月掩五诸侯四(双子座υ星)系指位于二十八宿中之井宿之五诸侯,视星等约为4.1等,位于双子座。井宿五诸侯共5颗星,分别为双子座θ、τ、ι、υ、φ星。《晋书·天文志》:「五诸侯五星,在东井北,主刺举,戒不虞。又曰理阴阳,察得失。亦曰主帝心。一曰帝师,二曰帝友,三曰三公,四曰博士,五曰太史,此五者常为帝定疑议。」而在《开元占经·石氏中官占》五诸侯占四十:「五诸侯五星,在东井北,近北河。」从文中可以清楚看到井宿中的五诸侯在北河星官附近。

位于双子座的五诸侯四的位置。
位于双子座的五诸侯四的位置。以上示意图由Stellarium软体产生。

  月球在背景星空中移动时,有时会遮掩住位于远方的天体,我们将此现象称为月掩星。在1月24日晚间10时55分前后台湾地区将可见月掩五诸侯四(各地发生时间约有数分钟差异),由于24日当晚月相接近望,可以看到五诸侯四从暗缘掩入,亮缘复出,整体月掩星时间长达1小时左右。以台北天文馆为例,掩入时间为22时55分,复出时间则在23时55分,掩星发生的过程中仰角高达80°以上,使用双筒望远镜或小型望远镜观察都非常合适。(编辑/台北天文馆赵瑞青)

2024年1月24日月掩五诸侯四示意图。
2024年1月24日月掩五诸侯四示意图。以上示意图由Stellarium软体产生。

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  加拿大西安大略大学(Western University)博士后的一项新研究指出,早期月球地壳在40多亿年前就富含水,这与先前的理解相反。本研究已发表在《自然·天文学》期刊。该论文的第一作者Tara Hayden在英国读研究所时,曾将一块陨石归类为来自月球的陨石,并在一块早期月壳样本中首次发现了矿物磷灰石。这项研究提供了令人兴奋的新证据,意谓着月球的早期地壳含有比最初认为的含有更多的水,为月球演化研究打开了新的大门。

Tara Hayden对月球陨石样本进行分析,发现含水矿物磷灰石。(图片来源:Tara Hayden)The lunar meteorite sample Tara Hayden investigated and successfully discovered the water-bearing mineral apatite. Credit: Tara Hayden
图说:Tara Hayden对月球陨石样本进行分析,发现含水矿物磷灰石。(图片来源:Tara Hayden)

  阿波罗登月计划送回的月岩样本最初被认为是缺乏挥发物的,导致人们普遍将月球描述为「极度干燥」。然而2008年早期研究人员发现,阿波罗样本收集的玻璃珠(glass beads)中存在大量的水和其他挥发物。这开启了阿波罗月岩样本长达15年的重新分析,而本研究新发现的月球陨石也显示月球表面含有更多的水。

  这项工作主要集中在矿物结构中含有挥发性元素的磷灰石上。除了玻璃珠和铁斜长岩(后者代表月球的早期地壳)之外,在所有类型的月球岩石中都发现了磷灰石。已知铁斜长岩的年龄大得惊人(45-43亿年前),是已知唯一直接由月球岩浆海中形成的岩石类型(当时月球几乎完全处于熔融状态)。在铁斜长岩这种岩石类型中发现磷灰石,使得我们能够首次直接检查月球演化的这个未知阶段。研究人员期待未来的阿提米丝3号任务的 样中能进一步研究月球早期的演化史。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org
原始论文:Nature Astronomy

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  这是天文学家首次发现大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。

  当大质量恒星接近生命尽头时,由于自身引力的急剧坍缩,引发一场超新星爆炸。天文学家相信,在这爆炸剧变之后,剩下的是恒星的超高密度核心残骸。根据恒星的质量,这高密度核心残骸可能是一颗中子星,密度高到一茶匙的大小重约一兆公斤;或者是一个黑洞,一个引力场大到连光都无法逃离的天体。虽然过去有模型和线索支持这一理论,例如在蟹状星云中发现的中子星,但以前从未真实观察到致密天体生成的过程,这使得超新星爆炸留下中子星或黑洞的直接证据一直难以捉摸。

  2022年5月,南非业余天文学家Berto Monard在距离7500万光年的星系NGC 157的螺旋臂中发现了超新星SN 2022jli。随后两个独立的研究团队(Moore et al. 2023 & Chen et al. 2024)将注意力转向这次爆炸的后续,并发现它具有独特的行为,进而发现了大质量恒星死亡时产生致密天体—中子星或黑洞—的直接证据。在爆炸之后,大多数超新星的亮度会随时间逐渐减弱,通常呈现出「平滑、渐进的下降」的光曲线。但SN 2022jli的行为却非常奇特:随着总体亮度的降低,其变化呈现非连续平滑的趋势,而是每隔约12天上下摆动一次,形成交替出现的明亮和减暗的序列。这是超新星光曲线中首次检测到的重复周期振荡。Moore和Chen两个团队都认为,SN 2022jli系统中存在多颗恒星可能解释了这种行为。实际上,大质量恒星与伴星相互环绕是相当普遍的,被称为双星系统,而SN 2022jli也不例外。然而,引人注目的地方在于,观测发现其系统中氢气呈现周期性运动和周期性的伽马射线爆发,这显示伴星似乎在超新星爆炸过程中幸存,并且可能持续与另一颗超新星互相绕行。尽管无法直接观测到致密天体本身的光,但这种能量激增只能归因于一颗看不见的中子星,或者可能是一个黑洞,定期吸引伴星氢气大气层中的物质,导致氢气的周期性运动和伽马射线的爆发,并在研究人员的数据中表现为亮度的周期波动。这项研究就像是透过收集所有可能的证据解开一个谜题:在超新星爆炸时,黑洞或中子星的存在得到了确认。

这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。This artist’s impression shows the process by which a massive star within a binary system becomes a supernova. This series of events occurred in the supernova SN 2022jli, and was revealed to researchers through observations with ESO’s Very Large Telescope (VLT) and New Technology Telescope (NTT). After a massive star exploded as a supernova, it left behind a compact object — a neutron star or a black hole. The companion star survived the explosion, but its atmosphere became puffier as a result. The compact object and its companion star continued to orbit one another, with the compact object regularly stealing matter from the other’s puffy atmosphere. This accretion of matter was seen in the researchers’ data as regular fluctuations of brightness, as well as periodic movements of hydrogen gas. Credit: ESO/L. Calçada
图说:这是一幅艺术家手中SN 2022jli系统的超新星爆炸后的画面。大质量恒星爆炸成超新星后,留下一个致密的物体—中子星或黑洞。伴星在爆炸中幸存,致密天体和它的伴星继续互相绕行,致密天体定期从伴星的氢气大气层中吸取物质。这些物质的增加在研究人员的数据中表现为亮度的定期波动,以及氢气的周期性运动和伽马射线的爆发。Credit: ESO/L. Calçada

  这次的研究观测资料主要利用了欧洲南方天文台(ESO)的甚大望远镜(VLT)新技术望远镜(NTT)进行观测。随着黑洞或中子星的存在得到确认,SN 2022jli系统还有很多需要揭示的事情,包括致密天体的确切性质,以及这个双星系统可能面临的结局。期待下一代望远镜,如ESO的极大望远镜(ELT),将有助于解开这个谜团,让天文学家揭示这个独特系统的前所未见的细节。(编译/台北天文馆段皓元)

资料来源:ESO Press Release

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  太阳系外一颗类似彗星的行星,其巨大的「彗尾」其实是正在流失的大气层,这引起了天文学家的兴趣,名为WASP-69b的系外行星距离地球160光年,是一颗炎热、蓬松的气态巨行星,以3.9个地球日的速度围绕其母恒星公转。2018年,天文学家发现了这颗可能有着类似彗尾的系外行星,实际上是从这颗行星的大气层中洩漏出来的,也因此这颗行星一战成名。

WASP-69b的尾巴示意图。The strange alien planet WASP-69b is trailing a huge comet-like tail 350,000 miles long as its atmosphere is blown off by its parent star. (Image credit: Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory)
图说:WASP-69b的尾巴示意图。Image credit: Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory

  这条「尾巴」被认为只是氦粒子的微小痕迹,如果它真的存在的话,现在估计至少有56万公里长——它的大气层正在被来自它母恒星的稳定恒星风吹走了。最新的观测结果显示,该行星的大气层质量正以每秒20万吨的速度脱离这颗行星,形成一条前所未有的膨胀彗尾,这项新发现主要归功于凯克天文台的大型望远镜,它比先前的观测中收集了更多的光而能解析更多数据,但是这也可能改变WASP-69母恒星的状态(例如:行星的轨道迁徒或重力不稳定等改变整体轨道的行为),天文学家称之为恒星变异性。

  由于其大气层的散失,WASP-69b大约每十亿年就得失去一整个地球的质量,听起来很多,但对于一颗大型热类木行星来说并不多,观察它的「尾巴」变化可以瞭解WASP-69b的大气层是如何与它的母恒星的交互作用的,从而得知行星及其母恒星的演化历程,相当于一个即时研究大气质量散失的实验室,也能瞭解其它数千个行星的类似演变,该论文发表于《天文物理学期刊》,并于在美国天文学会第243届会议上报告。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Space.com

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家发现一些十分活跃的大范围恒星形成区,竟然都位于小型的矮星系中。经研究后认为,原因是位于矮星系中恒星形成区的恒星,当到达演化末期时,较高比例的恒星不会产生超新星爆发,而是物质落入核心塌缩所形成的黑洞。如此矮星系中的恒星形成区,星际物质较不易被超新星爆发吹散,消散的速度会比一般星系中的恒星形成区延迟约1,000万年左右。

剑鱼座30,又称为蜘蛛星云,是一个位于大麦哲伦星系的大型恒星形成区。影像来源:ESA。
图说:剑鱼座30,又称为蜘蛛星云,是一个位于大麦哲伦星系的大型恒星形成区。影像来源:ESA

  换句话说,矮星系更能够在长时间中保留恒星形成区的分子云和气体,让恒星形成区域不断扩大、活跃程度不断升高,进而产生更多的恒星。在本星系群的矮星系中就存在大范围的恒星形成区域,包括距离我们约16万光年,位于大麦哲伦星系的蜘蛛星云(Tarantula Nebula),以及距离我们约1000万光年,位于星系NGC 2366中的马克仁71(Markarian 71)。

矮星系NGC 2366。影像来源:ESA。
图说:矮星系NGC 2366。影像来源:ESA

  在恒星形成区会产生各种质量的恒星,包括大质量恒星。当它们进入演化末期的终点时,会产生超新星爆发,之后遗留下中子星,或是直接形成黑洞。由于矮星系的恒星形成速率比一般的星系低,产生超新星爆发的机率也较低,因此星系中星际物质的重金属含量也会较低。而根据研究结果显示,在星际物质金属含量较低的环境诞生的大质量恒星,在演化末期产生超新星爆发的比例也会较低。因此,受到前述的两种因素影响,造成在矮星系的恒星形成区中,由于产生超新星爆发的机率低,导致被爆发所吹散的星际物质会较少,间接地让更多的星际尘埃气体遗留在恒星形成区,延长恒星持续形成的时间而产出更多恒星。

  上述结论可以说明为什么在宇宙形成初期诞生的星系虽然都比较小,但是却含有多量的星际物质。而且,在其中恒星频繁地产生且金属含量较低。(编译/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Space.com

论文连结:The Astrophysical Journal

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)探测到一颗棕矮星,名为W1935,距离我们47光年,它发出甲烷红外线辐射,这可能是由于其高层大气中的能量所造成,而产生这种辐射的高层大气加热与极光有关。

艺术家对棕矮星W1935的想象图。图片来源:NASA / ESA / CSA / L. Hustak, STScI
图说:艺术家对棕矮星W1935的想象图。图片来源:NASA / ESA / CSA / L. Hustak, STScI

  地球上,极光是太阳吹向太空的高能粒子被地球磁场捕获后产生,它们沿着地球两极附近的磁场线进入大气层与气体分子碰撞,产生绚丽、舞动的光幕。木星和土星也有类似极光的过程,除了与太阳风的相互作用,也会从附近的活跃卫星如木卫一(Io)和土卫二(Enceladus)获得。天文学家表示对于像W1935这样孤立的棕矮星来说,缺乏恒星风来促进极光过程,并解释高层大气中甲烷排放所需的额外能量是一个谜。因此研究团队利用韦伯观测了12颗冷棕矮星样本,其中包括W1935(由参与Backyard Worlds Zooniverse计划的公民科学家Dan Caselden发现的天体)和W2220(使用NASA广域红外线巡天探测卫星发现的天体)。韦伯细致的细节发现W1935和W2220在成分上几乎相同,还具有相似的亮度、温度及水、氨、一氧化碳和二氧化碳的光谱特征。在韦伯灵敏独特的红外线波长下观察到明显的例外是W1935出现甲烷的发射,而W2220却没有观察到预期的吸收特征。研究人员表示我们预期会看到甲烷,因为甲烷遍布在这些棕矮星上,但却恰恰相反,甲烷并没有吸收光,而是在发光。这到底是怎么回事?为什么这个天体会释放出甲烷?

  天文学家使用电脑模型来推断发射背后的原因,模拟显示W2220在整个大气层中的能量分布符合预期,随着高度的增加而变冷。而W1935的结果却出乎意料之外,最佳的模型支持逆温,即大气随着海拔的增加而变暖。研究人员表示这种逆温现象确实令人费解,我们曾在附近有恒星的行星上看过这种现象,恒星可以加热平流层,但在一个没有明显外部热源的天体上看到这种现像是疯狂的。为了寻找线索,研究人员把目光投向了我们太阳系的行星,气态巨行星可以作为在47光年外W1935大气层中所看到情况的代表。科学家意识到逆温现像在木星和土星等行星上非常突出,目前仍努力了解其平流层加热的原因,但太阳系的主要理论涉及极光的外部加热和来自大气层深处的内部能量传输(前者是主要解释)。研究该团队称W1935是太阳系外第一个具有甲烷发射特征的极光候选者,也是太阳系外最冷的极光候选者,有效温度约为摄氏200度。

  在太阳系中,太阳风是极光过程的主要贡献者,木卫一和土卫二等活跃卫星分别在木星和土星等行星上发挥作用。W1935完全缺乏伴星,因此恒星风无法促成这种现象,至于一颗活跃的卫星是否会在W1935上的甲烷排放中发挥作用,目前还不得而知。研究人员表示透过W1935,我们现在有了一个太阳系现象的壮观延伸,但却没有任何恒星辐射来帮助解释。有了韦伯我们就可以真正揭开其化学反应的神秘面纱,并了解太阳系之外的极光过程可能有多么相似或不同之处。相关研究成果发表于American Astronomical Society第243届会议上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  目前天文学家们认为,在土卫六浓密云层之下的地质环境,存在着与地球水循环作用类似的甲烷循环。并借由甲烷循环的作用,在地表形成平滑如镜,波高仅有数公厘(1毫米=1公厘)的液态的甲烷湖泊。而在以氮气和甲烷为主的大气中,漂浮着浓密的有机分子雾霾。

  然而,天文学家近期在分析卡西尼计划中的土卫六红外线影像时,发现一些出现后又再度消失的光点,却无法找到合理的说法来解释这种现象。近期有研究团队对此提出一种十分简单的说法:这些光点是漂浮在甲烷湖泊上,由大片的有机物质所组成的漂浮岛屿。而形成这些漂浮岛屿的材料,则是来自于从浓密雾霾中逐渐飘落的有机物质颗粒。

由艺术家笔下所展现,笼罩在浓密有机雾霾之下的土卫六地表,存在着暗色的沙丘与几乎平静无波的甲烷湖泊或海洋。从雾霾中飘落的有机物质颗粒,可能借由聚积与层层堆叠,形成像地球上的冰山一般,漂浮在湖泊或海洋上的岛屿。An artist's rendition of Titan's landscape features a hazy atmosphere, dark dunes, and mirror-smooth lakes and seas that resemble Earth's. On these bodies of liquid hydrocarbons, new research suggests that the appearance of 'magic islands' may be caused by floating organic solids. (Image credit: NASA/JPL)
图说:由艺术家笔下所展现,笼罩在浓密有机雾霾之下的土卫六地表,存在着暗色的沙丘与几乎平静无波的甲烷湖泊或海洋。从雾霾中飘落的有机物质颗粒,可能借由聚积与层层堆叠,形成像地球上的冰山一般,漂浮在湖泊或海洋上的岛屿。图片来源:Live Science

  研究人员利用行星科学中的物理和化学机制进行演算,以电脑模拟推论这些有机颗粒落在湖面上时会发生甚么事情。发现这些有机物质颗粒刚飘落在湖面上时并不会下沉,而是会在湖岸附近漂浮并逐渐凝聚,形成含有许多孔隙的有机物质,就像地球上由火山作用所产生的浮石。然后这些物质经由层层累积,逐渐形成类似地球南极地区的冰棚构造。最后断裂飘入湖中,就像地球上因冰棚断裂形成的冰山,形成漂浮在甲烷湖泊上的有机物质岛屿。

  然而,因为有机物质本身的密度比液态甲烷高,这些由有机物质组成的岛屿,并没有办法一直漂浮在湖面上。当液态甲烷逐渐渗入有机物质的孔隙时,岛屿将会逐渐沉没分解。换句话来说,这些神秘岛屿的形成与消失并没有那么神奇,或许只是地球上常见现象的另外一种版本而已。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

资料来源:Live Science