有趣天文奇观

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　从2019年开始，参宿四（Betelgeuse）变暗的程度肉眼可见，迄今亮度已剩原来的36%左右。比利时荷语天主教鲁汶大学（KU Leuven）Miguel Montargès等人从2019年12月开始透过欧南天文台（ESO）超大望远镜（Very Large Telescope，VLT）与SPHERE仪器拍摄参宿四表面细节，希望能了解参宿四为何会变暗。这个团队恰巧在2019年1月也曾利用SPHERE捕捉参宿四表面细节，前后两张图像比对后，这些天文学家发现这颗红超巨星不仅正在变暗，而且形状也在改变中。

　　许多天文爱好者质疑参宿四之所以变暗意味着它将发生超新星爆炸。如同所有红超巨星一样，参宿四总有一天会走到超新星爆炸这一步，但天文学家不认为爆炸事件近期就会发生。Montargès等人提出新的假设来解释SPHERE图像中看到的亮度和形状变化：可能是有特别的恒星活动，或是有恰好朝向地球的尘埃喷发现象造成的。其中，参宿四不规则的表面来自其巨大对流胞造成物质移动、收缩和膨胀等。这颗恒星也有脉动现象，就像是心跳一样，使亮度有周期性变化。对流与脉动这些都是恒星活动的一部分。Montargès等人认为目前对红超巨星的认识不够全面，所以必定还有惊喜在等着他们。

ESO超大望远镜拍摄参宿四变暗之前（左）与之后（右）的图像。Credit: ESO/M. Montargès et al.

　　参宿四正式编号为猎户座α星（Alpha Ori），距离约700光年。由于体积庞大，距离也不算太远，因此包括VLT在内的少数望远镜得以直接观测到它的表面变化。此外，由于VLT观测范围涵盖可见光至中红外波段，因此不仅可以拍摄到参宿四的表面，也可以观测到它周围的物质。Montargès等人认为这是我们能了解这颗星正在发生什么事的唯一途径。

　　除了Montargès等人之外，法国巴黎天文台（Observatory of Paris）Pierre Kervella等人恰在2019年12月，也以VLT上VISIR仪器拍摄参宿四图像，结果显示有来自参宿四周围尘埃发出的红外辐射。这些尘埃云应该是参宿四向外抛出物质而形成的。

　　科普天文中常提到「我们都始于星尘（we are all made of stardust）」，但却少有人提到这些星尘究竟来自何处？SPHERE和VISIS图像正要告诉大众：有一部份就是来自像参宿四这样的红超巨星。在其一生中，尚未发生超新星爆炸之前，红超巨星也会陆续制造并向外抛出大量物质。现代科技已能允许科学家详细研究这些天体，数百光年外的也没问题，所以解开红超巨星质量流失的课题，指日可待。（编译/台北天文馆张桂兰）

资料来源：欧洲南方天文台

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　天王星和海王星是太阳系八大行星中最外侧的两颗，与木星和土星一样，体积质量大且主要由气体与冰所形成，有光环与众多卫星，一般将之归属于「类木行星」，更细致的分类则将之归为所谓的「冰质巨行星（icegiant）」。它们两个有许多性质类似，但许多性质又差异甚大，早已成为天文未解之谜其中之一。瑞士苏黎世大学（University of Zurich）PlanetS研究学者Christian Reinhardt等人提出一个可能的解释，认为这两颗行星其实曾遇到完全不同的撞击作用，才会导致它们差异甚大。相关论文发表在英国皇家天文学会月刊（MNRAS）中。

旅行者2号太空船拍摄的天王星（左）和海王星（右）。Credit: NASA/JPL

　　天王星和海王星的质量、大小和组成成分都相差无几，与太阳的距离也都很遥远，这些都是它们相近之处。但有些特性却不相同，例如：天王星和它的主要卫星都与黄道面夹角约97度，而且相对于太阳是逆向自转等。此外，天王星的主要卫星都是规则轨道（regular orbit），与行星成几乎相同的一定轨道倾角，显示它们应在环绕天王星的同一盘面中形成，类似地球的月球一样；而海王星最大的卫星崔顿（Triton，海卫一）的轨道倾斜角非常大，因此很可能是被捕获的。最后，它们的热通量（heat flux）和内部结构也非常不一样，海王星似乎有自己的内部热能来源，而天王星只有来自太阳的热辐射。

　　由于它们的质量、与太阳的距离和化学组成等都近似，一般认为这两颗行星的形成途径相同。所以造成它们许多特性不同的原因，很可能是在太阳系早期撞击非常频繁的状况下，一起剧烈撞击事件造成它们有巨大差异。但先前相关的研究工作一般仅限于研究天王星受到撞击的结果，或是对撞击计算过于简化，因此所得结果不够清楚。

模拟天王星（上）和海王星（下）受到撞击的结果。Credit: Reinhardt & Helled, ICS, University of Zürich

　　Reinhardt等人利用高精度计算机仿真两颗行星都受到不同程度撞击的结果，如上图。先假定两者在撞击前的条件非常类似，然后受到质量约1-3倍地球质量的天体撞击后的结果能解释现今观察到的这些特性差异。其中在天王星的部分，一个擦边过的撞击事件导致天王星自转轴倾斜，但并未影响到天王星的内部，撞击溅出的物质多到能在天王星周围形成碎屑盘，进而在其中形成规则卫星。另一方面，海王星受到质量密度皆大的天体正面撞击后，使其内部深处的结构受到强烈影响，并因此导致缺乏规则轨道的大型卫星。这样的撞击不仅撞击天体残余物质沈积在海王星内部，并会重新搅拌混合行星内部深处的物质，因此会得出实际观测显示的海王星热通量偏高的现象。

　　虽然一向认为这两颗行星诞生之初的过程基本相同，但现在看来似乎也没那么相近。这些天文学家期盼未来有关天王星和海王星有关的太空任务能提供关键线索，给定这个假设的可能范围，让天文学家们能进一步了解太阳系的形成及类似质量的系外行星的状况。（编译/台北天文馆张桂兰）

资料来源：PlanetS

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　汤博区（Tombaugh Regio）是冥王星著名的心形结构，在NASA的新视野号任务于2015年拍摄这颗矮行星后成名。新研究表明汤博区控制着它的大气循环。冥王星的稀薄大气层主成分是氮，以及少量的一氧化碳和甲烷。冷冻的氮气也覆盖在冥王星的表面并呈现心脏的形状。在白天，薄薄的氮冰变暖蒸发成气体；在晚上，气体凝结再次结冰。如同心跳一般，在矮行星周围泵送氮气。最近发表在《Journal of Geophysical》期刊研究表明，这现象推动冥王星的大气层沿其自转的反方向吹拂（retro-rotation），当气流接近地面时，它会传递热量，冰粒和霾颗粒，并在北部和西北部地区形成深色条纹和平原。作者表示冥王星即使大气密度很低，其大气与风也会影响表面。

　　冥王星表面的大部分氮冰位于汤博区，它的“左心”是一个1,000公里宽的冰盖，位于3公里深名为史波尼克高原（Sputnik Planitia）的盆地中，该地区因地势低而拥有大部分的氮冰。“心脏的右瓣”则是由延伸到盆地的高地和富氮冰川所组成。研究团队从新视野号飞越中获取观测数据，后使用天气预报模型模拟氮循环，并评价了风如何吹过地表。发现冥王星在“一年中”的大部分时间里，在其表面4公里以上吹西风，这是汤博区的氮在北部蒸发并在南部变成冰时所触发。研究人员还发现史波尼克高原的高悬崖会将冷空气困在盆地内部，使气流在流经西部地区时变得更强。这些来自汤博区的风能解释为什么史波尼克高原的西部拥有深色的平原和风条纹。因为风可以传递热量使表面变暖，使冰更快升华，并降低反射率，此外风也会传递和沈积深色颗粒，使表面条纹颜色变深。如果冥王星的风向不同，则它表面景观可能会完全不一样了。（编译/台北天文馆李瑾）

资料来源：Science Daily