发布单位:台北市立天文科学教育馆

  来自阿布达比纽约大学(NYUAD)太空科学中心的研究团队在太阳中发现了一组新的波,且它们的传播速度似乎比理论预测还要快得多。在一项名为「发现太阳中高频逆行涡旋波」的研究中,研究团队研究并分析了来自地面的全球日震观测网24年的观测数据,和太空日震观测站及磁成像仪10年的观测数据,发现了一个非常一致的讯号,一个以前从未见过的波,在太阳表面以涡旋(旋转运动)的形式出现,在南北极之间形成反对称,运动方向与太阳自转方向相反,运动速度是当前理论的三倍。

  有三种机制可以影响和驱动高频逆行波(HFR),分别是磁力、重力和对流间复杂的相互作用。但是到目前为止,它们都无法解释观测数据,这表示在太阳模型中仍存在着某些缺失,等待着这个谜团的解决。在传统天文学中(如光学、X射线等)无法对太阳和恒星的内部进行成像,科学家仅能靠着解释各种波的表面特征与活动来推断内部的过程,而这些新的HFR波可能就是我们理解恒星的重要拼图,透过解开HFR模式的存在及起源,可能得以揭示太阳内部无法观察到的情况,让科学家们可以更好地了解太阳对地球和其他行星的潜在影响。该研究成果发表于《Nature Astronomy》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

太阳表面的漩涡图案。图片来源:阿布达比纽约大学
太阳表面的漩涡图案。图片来源:阿布达比纽约大学

资料来源:ScitechDaily

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  位于天鹰座方向距离我们约36,000光年远的GRS 1915+105(又称为天鹰座V1487)是由一个恒星级黑洞和其伴星(一般恒星)所组成的X射线双星,根据估计,该黑洞的质量约为太阳质量的12倍。该天体甚至被称为微类星体(micro-quasar),从其伴星流出的物质在黑洞周围形成高温的吸积盘并从盘面发出强烈的X射线,若是使用无线电波段观测,还能看到接近光速的高能粒子喷流。

  从GRS 1915+105吸积盘中发出的X射线及来自喷流的无线电波都在剧烈的变动,虽然过去知道X射线的高能量是由于吸积盘内侧的强烈加热效果而成为所谓的黑洞「冕」区所导致的,但与喷流之间的变化关系似乎还不明确。

  研究团队将历时15年的观测,其中包含了罗西X射线计时探测器(Rossi X-ray Timing Explore,RXTE)每隔三天对该天体的观测以及英国马拉德无线电天文台几乎每天的观测数据进行组合分析。

  结果表明,在这个天体中,黑洞周围的物质被加热,形成巨大的黑洞「冕」区后,接着以喷流的形式喷射出去,这两个阶段不断地重复,如同心脏的收缩及舒张,让血液开始循环,就好比心电图那样。

  像这种冕与喷流轮流交织的状况不仅仅是个案,在天文界的争议也长达20年之久,本次冕阶段后的喷流确认过程是非常困难的,天文学家们需以秒为单位对其数年的资料进行比较,此外高能量及低能量间的比较也不能放过。

  本次的研究证明了GRS 1915+105的冕及喷流阶段是交替发生的,但同时也产生了几个待解的谜题。例如,该天体的X射线能量之高,仅凭冕的温度是无法解释的,研究团队认为可能是磁场效应所致,也正好可以解释喷流的成因,如果磁场的变动杂乱无章以及冕加热的机制下,物质就会沿着磁力线形成喷流。研究团队认为,本次确认的结构或许也能适用于银河系中心的超大质量黑洞。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

Two screenshots of the animation of two phases of a black hole. (c) Méndez et al.
描绘GRS 1915+105两个阶段的插图。(左)高温物质在吸积盘内部形成一个日冕(蓝色甜甜圈状部分),从中发射高能X射线。在这个阶段看不到喷流。(右)当日冕收缩并且温度下降时,从中心向上和向下喷射流。(提供:Méndez等人)

资料来源:AstroArts

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  土卫二(Enceladus)是直径仅504公里的小卫星,上面覆盖20-30公里厚的冰,表面温度为-201摄氏度。在卡西尼任务中最大的惊喜之一,是2006年看到土卫二南极附近的“虎纹裂缝”喷出水,估计有时水量可高达每秒200公斤。卡西尼任务提供冰壳内拥有海洋的证据,但是小而寒冷的星球如何能够维持地质活动,一直是个科学难题。最近发表在Geophysical Research Letters的研究,认为长达亿年的冷却周期中,不断膨胀的冰造成压力,不仅会破坏卫星冰壳而且让其内部的海洋喷出,造成了间歇泉。

  加州大学戴维斯分校的科学家团队提出说明,如何导致地表裂缝深达海洋并导致喷发的现象。该模型认为土卫二绕土星公转轨道的变化,会造成在一亿年间土卫二变暖和变冷的循环。在每个周期里,冰壳都会经历一段变薄和变厚时期,在冷冻期冰壳会如同湖水结冰一样向下增厚。研究人员认为冰的体积比水大,土卫二向下膨胀的冰壳使下面海洋的压力增加,也对冰层产生压力,而形成虎纹裂缝,造成到达表面的通道。当流体到达地表时遇上真空环境而升华,就呈现羽状喷泉的外观。但论文作者表示,这项模型无法解释也有类似喷发现象的木卫二,需要未来木卫二快船(Europa Clipper)观测资料提供更多的证据。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

土卫二南极附近的羽状喷流。
土卫二南极附近的羽状喷流。

资料来源:Universe Today

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  自从30年前发现第一颗系外行星后,天文学家已发现近5,000颗系外行星,及近5,000颗候选天体,但麻省理工学院的团队在Astronomical Journal期刊上发表的研究中,认为有几颗克卜勒太空望远镜的资料判定为行星的天体可能是小恒星。团队利用更精确母恒星测量值,评估其行星的大小,并确定Kepler-854b、Kepler-840b和Kepler-699b直径是木星的两到四倍,这尺寸太大而不是行星。另外,Kepler-747b的大小约为木星的1.8倍,与已确认的最大行星相近,但是Kepler-747b离它的母恒星相对远,这样的距离不容易存在如此大小的行星。所以Kepler-747b行星的身分令人怀疑,但也并非完全不可能是行星。

Among thousands of known exoplanets, astronomers have flagged three that are actually stars.

  论文作者表示:其实,团队的最初目标不是找这些“冒名”的行星,而是寻找有潮汐畸变迹象的系统。由于两个彼此靠近的天体,其重力会导致另一天体呈现椭圆形,这可让你知道伴星的质量有多大,所以可以根据潮汐力确定它是恒星或是行星。

  团队在分析时,发现Kepler-854b尺寸似乎太大而难以置信,因此再次查验其原始资料。由于Kepler-854b与其他克卜勒太空望远镜所发现的行星一样,是以凌日法发现。望远镜观测到行星在其恒星前方经过所遮蔽的光度变化程度与行星跟母恒星大小比率有关,天文学家根据对恒星大小的估计值来计算行星大小。但Kepler-854b是2016年发现,当时对其母恒星直径的估计,相较今日不够精确。目前,对恒星最准确的测量来自ESA盖亚太空望远镜,根据新资料估算Kepler-854b变得更大,而不可能是行星。于是团队分析克卜勒太空望远镜发现2,000多颗行星,而找到其他2颗不是行星的例子。团队表示,由于修正幅度不高,显示原先资料误差不大,未来应该不会再修正了。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

资料来源:Science Daily

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  不久前,我们还生活在已知只有少数几颗行星的宇宙中,所有行星都围绕着太阳运行,但现在已确认超过5,000颗行星存在于我们的太阳系之外,这不仅是一组数字,每一颗行星都是一个新世界,一个全新的星球,因为我们对它们一无所知。

  迄今为止所发现的5,000多颗行星中,包含了像地球般的小型岩石世界、比木星大许多倍的气态巨行星、质量接近或超过木星但与其恒星极近距离的「热木星」、可能比地球更大的岩石世界的「超级地球」、如海王星缩小版的「迷你海王星」,还有同时围绕两颗恒星运行的行星。

  1992年,我们第一次获得太阳系外行星运行的具体证据,发现有几颗质量类似地球的天体环绕着脉冲星PSR B1257+12旋转,透过测量脉冲时间的微小变化使科学家能够发现围绕脉冲星运行的行星,此篇论文在30年前揭开了第一批在太阳系外被证实的行星。研究人员表示,如果能在中子星周围找到行星,那么行星基本上必无处不在,行星生产过程必须非常稳健,不可避免地我们将可能会在某个地方找到某种生命,探测生命本身只是时间问题。

  目前天文学家寻找系外行星有以下几种常用的方法:

  • 径向速度法:借由系外行星重力对母恒星产生的都卜勒效应得知行星的存在。

  • 凌日法:行星从其母恒星前经过时,因遮掩部份恒星的光芒,使恒星亮度减弱,这也是目前发现最多系外行星的方法。

  • 直接成像法:使用日冕仪遮挡母恒星的光芒,让其周围黯淡的行星得以发现。或使用光学干涉技术,结合不同望远镜的光线,将来自恒星的光互相抵消,就有可能侦测到系外行星。

  • 重力微透镜法:当前景恒星周围有行星环绕,那么行星本身的重力会使背景恒星变亮。

  现在,借由多个现代化太空望远镜的发射,如2018年发射的凌日系外行星巡天卫星(TESS)将继续发现新的系外行星;最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope),也将捕捉来自系外行星大气层的光,读取其气体,以识别可居住条件的潜在迹象。预计将于2027年发射的罗曼太空望远镜(Roman Space Telescope)也将使用多种方法以发现新的系外行星。欧洲太空总署(ESA)ARIEL任务将于2029年发射,观测系外行星的大气。NASA的CASE技术将有助于消除系外行星的云层和雾霾。仅30多年的时间,系外行星发现的数字已爆炸式的增长。2022年3月21日标志着超过5,000颗系外行星得到确认的重大里程碑。(编译/台北天文馆赵瑞青)

银河系中已确认的5,000多颗系外行星。图片来源:NASA/JPL-Caltech
银河系中已确认的5,000多颗系外行星。图片来源:NASA/JPL-Caltech

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家使用NASA史匹哲太空望远镜观测资料(已于2020年1月退役),看到一片尘埃云短暂地阻挡了一颗名为HD 166191恒星的光线。这片尘埃云可能来自于两个小行星大小般的天体撞击而产生。

  HD 166191目前寿命约为1000万年,是一颗年轻的晚期,属于F型到早期G型恒星,位于人马座,距离我们约329光年。恒星演化到这个阶段,其形成时所遗留下的尘埃已聚集在一起,称为微行星的天体。小行星是我们的太阳系形成时留下的行星碎片,而在其他的恒星周围,这些物体可能是未来构成行星的原料,一旦充斥其间的气体散去,这些小天体间的碰撞就会变得很常见。

  史匹哲太空望远镜曾在形成岩石行星的年轻恒星周围发现类似的碰撞证据。由亚利桑那大学所领导的研究团队,在2015年至2019年期间使用史匹哲太空望远镜对该系统进行了100多次的观测,虽然这些物体太小又远,无法用望远镜直接分辨,但其碰撞产生的大量灰尘,及原行星碰撞产生的碎片,则可以让史匹哲红外线探测到。

  研究团队看到了围绕在HD 166191的尘埃云凌日,这是迄今为止第一次发现此类凌日现象。在2018年年中,史匹哲看到HD 166191系统明显变亮,这表示尘埃碎片增加了,与其同时结合地面望远镜观测,研究团队推断出尘埃云的大小和形状。发现尘埃云高度拉长,其最小估计面积是恒星的三倍。然而,史匹哲所侦测到的红外光增亮表明只有一小部分云从恒星前面经过,而这次事件的碎片,覆盖了比恒星大数百倍的区域。要产生如此大的尘埃云,主要碰撞中的物体至少要有矮行星的大小,如太阳系中的灶神星(一颗530公里宽的小行星)。最初的碰撞产生了足够的能量和热量使一些物质汽化,并引发了第一次碰撞的碎片与系统中其他小物体之间的连锁反应,这很可能造成史匹哲所看到的大量灰尘。而在接下来的几个月里,巨大的尘埃云规模变得越大且透明,表示尘埃和其他碎片正迅速分散到整个年轻的恒星系统中,到了2019年,原从HD 166191前面经过的尘埃云已不再可见,但该系统包含的尘埃是史匹哲发现该尘埃云之前的两倍。研究团队表示,这些讯息将可以帮助科学家检验关于类地行星是如何形成和生长的理论。该研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

艺术家描绘HD 166191年轻恒星周围的尘埃碎片云在近距离观察时的样子。图片来源:NASA/JPL-Caltech
艺术家描绘HD 166191年轻恒星周围的尘埃碎片云在近距离观察时的样子。图片来源:NASA/JPL-Caltech

资料来源:NASA

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  一颗失控的死亡恒星以极快的速度穿越太空,并留下了大量物质与反物质粒子的痕迹。这个名为PSR J2030+4415的脉冲星又被称为J2030,它的直径仅有20公里,以每秒450公里的惊人速度在太空中飞驰。

  如此高速的特征,令这颗死亡恒星产生了如同彗星一样的粒子尾,在星际空间中延伸了7光年长,这些粒子是电子(物质)及正电子(反物质),在钱卓拉X射线天文台的一张新影像中可以见到,此发现可以协助天文学家了解为何银河系中的反物质量似乎比预测的要多。

J2030 in X-ray and optical.
图说:在可见光及X光波段所见到的J2030 (X-ray: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; Optical: NSF/AURA/Gemini Consortium)

  这种死亡恒星的密度极高并有着强大的磁场,此外它还拥有高转速,大约每秒旋转三次,显然这个速度还比不上它的大量同类天体,而脉冲星发出的带电粒子风,经常受到它自身的磁场束缚而无法脱离。

  由于J2030在太空中高速飞驰,它所发射出的带电粒子风则尾随其后,而它的前方是艏(读作首)震波(Bow shock),相当靠近磁力线的位置,也许在二三十年前,艏震波变慢了,这同时也代表着脉冲星风不仅仅是追上它,甚至穿透了它,从而引起了粒子洩漏,脉冲星风的磁场与星际磁场连结在一起,高能电子及正电子则连接形成的喷嘴涌射出来。

  从脉冲星风中洩漏的粒子沿着这条星际磁场线加速到大约光速的三分之一,这使得光束发出明亮的X射线,一篇关于此现象的新研究已经被《天文物理学期刊》接受,目前可以在论文预印本网站上找到。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  阿提米丝计划(Artemis program)是由美国航太总署(NASA)所主导的人类重返月球计划,也是继半个世纪前「阿波罗计划」之后最重要的载人太空计划之一,预计2025年将人类再次送上月球。阿提米丝之名取自希腊神话中的「月神」,也是太阳神阿波罗的孪生姐姐。

  2022年3月18日清晨5时,巨大的阿提米丝一号(Artemis I)终于在世人面前正式亮相,从美国佛罗里达州的肯尼迪太空中心组装大楼缓缓移至发射台,将在4月1日进行正式发射前的湿式演练,包括从燃料装填到倒数计时等完整发射过程,并预计于5月之后发射。

  阿提米丝一号由全新设计的登月火箭:太空发射系统(SLS)与猎户座太空船组合而成,高近百公尺、重达2,600吨,由两具5节式固态燃料推进器和4具太空梭所使用的RS-25主火箭来产生高达880万磅的推力,比阿波罗计划使用的农神五号(Saturn V)火箭还强15%,可将26吨载重送至月球轨道,是史上最强大的火箭。阿提米丝一号将先做绕月的无人飞行测试,成功后将进行载人任务,并首次由女性及有色人种登陆月球,不仅于太空探测,也在人类平等上具有划时代的意义。

  为了让全球皆可参与这项太空壮举,NASA发起了一项「将名字送上月球」的活动,只要在NASA「将名字送上月球」网站填写名字,便可随着阿提米丝一号所携带的晶片一起奔向月球并获得证书,网址:https://www.nasa.gov/send-your-name-with-artemis

太空发射系统(SLS)
太空发射系统(SLS)

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家使用欧南天文台(ESO)新技术望远镜(NTT)于2021年12月拍摄车轮星系,在星系的左下角发现了一颗超新星。超新星是大质量恒星死亡时产生剧烈爆炸的现象,其爆炸的过程约持续1秒钟,但所释放出的光芒却可以持续几个月甚至几年才会逐渐衰减。车轮星系为透镜状星系,位于玉夫座(秋季南三角中),距离地球五亿光年,直径为15万光年,质量约30亿个太阳质量。因在数百万年前与另一个较小的邻近星系合并,导致现今所见如同车轮般形状的结果。

  天文学家将其影像和2014年8月同样由ESO甚大望远镜(VLT)上的多元光谱侦测器(MUSE)拍摄的影像进行比对,在2014年的观测中并没有显示出任何超新星的踪迹,表示这颗超新星似乎是最近才发生的。这个被称为SN2021afdx的恒星事件被归类为II型超新星,其特征是具有氢谱线,是由大质量恒星耗尽燃料所造成。当超新星爆炸时所发出极大的亮度,可以使整个宿主星系黯然失色,并伴随着光将物质抛向太空。

  超新星爆炸除了表示一颗恒星壮烈的死亡外,在周围的空间中散布着由前身星锻造的重元素,得以触发新一代的恒星与其行星的形成,甚至是行星上生命的诞生。检测和研究这些不可预测的事件需要国际合作,因此科学家招募了其他几台望远镜来确认车轮星系中的恒星爆炸,如位于夏威夷专门用于研究仅在天空中短暂可见的物体的小行星陆地撞击持续报警系统(ATLAS),和另一个位于智利ESO瞬态天体光谱调查(ePESSTO+),借由其光谱的拍摄,使天文学家能够测量来自车轮星系的辐射,并确认此恒星爆炸是II型超新星。此颗超新星是由来自台湾的陈婷琬博士所发现,她在确认ATLAS新发现的天体时,看到它爆在漂亮的车轮星系里。(编译/台北天文馆赵瑞青)

车轮星系
左图:2014年8月拍摄。右图:2021年12月拍摄,左下角有一亮点,表明在这两张照片拍摄之间发生了超新星。图片来源:ESO/Inserra et al., Amram et al.

资料来源:SPACE.com

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  匈牙利天文学家在2022年3月11日19时24分(世界时),以60公分施密特望远镜发现一颗小行星,在两小时之后这颗小行星就撞入挪威西南方的北冰洋上空。这颗小行星命名为2022 EB5,估计直径约为2米。它的速度约为每秒18.5公里,撞击之后在格陵兰岛和挪威的侦测仪器也记录到爆炸的声音,估计爆炸能量约2,000吨TNT。

  其实天体撞入大气层并不罕见,每夜都可以看见流星。但这颗撞击事件最特别之处是天文学家在它进入大气层前就先发现它。之前仅有四个例子,分别是2008 TC3,直径约4米,爆炸的能量达2,100吨TNT;2014 AA,直径约3米和1000吨TNT;2018 LA,直径约3米与400吨TNT;2019 MO直径约6米和6,000吨TNT。一般来说,这种尺寸天体撞击大气层时会爆炸而发生火流星,其碎片可能会落到地球上。但2022 EB5所产生的陨石应该会落入海洋而无法找到。科学家对于能发现2022 EB5这类天体是件好事,表示科学界对危险小行星的检测能力已逐步提高。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

匈牙利天文学家Krisztián Sárneczky拍摄2022 EB5
匈牙利天文学家Krisztián Sárneczky拍摄2022 EB5

资料来源:Science Alert