有趣天文奇观

发布单位：台北市立天文科学教育馆

这是詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪（MIRI）于2023年3月12日至13日拍摄的热气体巨型系外行星WASP-17 b的透射光谱，首次揭示了系外行星云层中存在石英（晶体二氧化硅，SiO2）的证据。这是第一次在系外行星中发现二氧化硅，也是首次在凌日系外行星中发现特定云种。

图说：詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪所拍摄WASP-17b的透射光谱。图片来源：ASA / ESA / CSA / R. Crawford, STScI / D. Grant, University of Bristol / H.R. Wakeford, University of Bristol / N. Lewis, Cornell University

WASP-17b位于天蝎座，距离地球约1,300光年，于2009年首次被发现，绕着F型主序星WASP-17运行。WASP-17b的体积是木星的7倍多，质量不到木星的一半，是已知最大的系外行星之一。再加上它的轨道周期仅3.7个地球日，这使得这颗行星成为透射光谱学的理想选择。当它们凌日时，一些星光会穿过行星的大气层，大气中的粒子，如水蒸气、二氧化碳、甲烷等会吸收部分光，这种吸收发生在特定波长的光下，透过研究星光被吸收的波长，可以确定大气中存在哪一种粒子。

该光谱是透过测量行星凌日时28个中红外光波段的亮度变化而得出的，韦伯使用MIRI的低解析度摄谱仪对WASP-17系统进行了近10个小时的观测，在凌日之前、期间和之后收集了超过1,275个测量数据。透过从恒星本身的亮度中减去当行星位于恒星前方时到达望远镜的各个波长的光亮度，计算出每个波长被行星大气层阻挡的光量（图中白色圆点）。紫色实线是韦伯MIRI、哈勃和史匹哲观测数据的最佳拟合模型（哈勃和史匹哲数据涵盖0.34~4.5微米的波长，图中未显示）。光谱显示在8.6微米附近有一个明显的特征，天文学家认为这是由二氧化硅颗粒吸收了部分穿过大气层的星光所造成的。黄色虚线则显示若WASP-17 b大气中的云层不含二氧化硅的光谱会是什么样子。至于到底有多少二氧化硅以及其云层有多普遍，目前仍难以确定。相关研究成果发表于《the Astrophysical Journal Letters》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：ESA

发布单位：台北市立天文科学教育馆

詹姆斯·韦伯太空望远镜的最大优势之一是它能够让天文学家看到新恒星诞生区域的细节，韦伯中红外成像-光谱仪（MIRI）拍摄的最新影像展示了小麦哲伦星系中最亮、最大的恒星形成区域NGC 346。小麦哲伦星系（Small Magellanic Cloud）是银河系的卫星星系，位于杜鹃座，肉眼可见。小麦哲伦星系比银河系更原始，因为与银河系相比，它拥有更少的重元素，而重元素是透过恒星核融合和超新星爆炸所形成。由于宇宙尘埃是由硅和氧等重元素形成的，因此科学家预期在小麦哲伦星系中不会有大量的尘埃。然而，新的MIRI影像及之前韦伯近红外线相机在2023年1月发布的NGC 346影像，都显示该区域存在大量尘埃。

在MIRI影像中，蓝色卷发追踪着来自尘埃硅酸盐和称为多环芳香烃（PAHs）的烟灰化学分子等物质的发射。被该区域中心最亮、质量最大的恒星所加热的温暖尘埃发出更弥散的红色发射光。中心左侧的弧可能是来自弧中心附近恒星的光的反射（左下角和右上角的恒星也出现类似较暗的弧线）。最后，亮斑和细丝标志着具有大量原恒星的区域。研究小组在寻找最红的恒星时，发现了1,001个精确光源，其中大多数是仍嵌在布满灰尘茧中的年轻的恒星。

图说：詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外成像-光谱仪所拍摄恒星形成区域NGC 346。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、N. Habel (JPL)。影像处理：P. Kavanagh (Maynooth University)

透过结合韦伯望远镜的近红外线和中红外线的数据，天文学家得以对这个动态区域内的恒星和原恒星进行更全面的普查，这些结果将有助于我们理解数十亿年前的星系，那是宇宙被称为「宇宙正午」（cosmic noon）的时代，恒星形成处于高峰期，重元素浓度较低，就如同在小麦哲伦星系中所看到的那般。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：NASA

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近期由美国太空总署（NASA）所发射的木星近极区轨道探测船，简称朱诺号（JUpiter Near-polar Orbiter，简称为JUNO）。在接近木卫三时，藉由探测船上的木星红外线极光成像仪（Jovian Infrared Auroral Mapper，简称为JIRAM），分析地表反射光的红外线波段光谱，结果在这颗木星最大卫星上，发现了铵盐、碳酸盐等盐类的踪迹。

图说：朱诺号太空探测船，在2021年6月7日低空飞掠木卫三时，拍摄了这张高解析度冰质地壳表面的影像。影像来源：NASA/JPL。

木卫三比水星还大，在长期冰封的冰质地壳下，暗藏着广大的地下海洋，与木卫二的构造十分类似。长期以来，一直是天文学家关注与研究的焦点之一。在此次探测之前，伽利略号太空探测船与哈勃望远镜在观测时，都在木卫三地表发现类似的盐类、有机物存在的疑似证据。但却因为观测的解析度不足，而无法确认结果。

在2021年6月7日，朱诺号以最低约1,046公里的高度飞掠木卫三，在红外线波段中，拍摄到解析度小于1公里的高品质地表影像。经由可分析出水合氯化钠（hydrated sodium chloride）、氯化铵（ammonium chloride）、碳酸氢钠（sodium bicarbonate）、脂肪醛（aliphatic aldehyde）等物质的红外线成像仪，进行光谱分析后，果然发现了丰富的盐类与有机物质的踪迹。而这些或许和外星生命生存有关连的物质来源，可能就是经由冰质地壳之间的缝隙，从地下海洋渗出地表，冻结后残留在木卫三表面。

继探索过木卫二、木卫三之后，朱诺号太空探测船将转向木卫一前进。预计于2023年12月30日，以约1,500公里的高度飞掠木卫一，届时将对木卫一进行各种观测与调查，或许还会有进一步的新发现。（编辑/台北天文馆蔡承颖）

资料来源：Phys.org

发布单位：台北市立天文科学教育馆

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外成像-光谱仪（MIRI）寻找有关蟹状星云起源的答案。蟹状星云（Crab Nebula）是一颗II型超新星的残余物，位于金牛座，也被称为M1、NGC 1952或Taurus A，距离我们6,500光年，于1731年由英国天文学家、医生和电气研究员John Bevis首次发现，并可对应到中国、日本、阿拉伯和美洲原住民在1054年所记录的一次超新星爆发。

研究人员表示韦伯的灵敏度和空间解析度让我们可以准确地确定喷出物质的成分，尤其是铁和镍的含量，这将能揭示产生蟹状星云的爆炸类型。乍看之下，韦伯所拍摄蟹状星云的大致形状与2005年哈勃发布的光学影像相似，但在韦伯的红外线观测中，蓬松气态细丝的清晰笼状结构显示为橘红色，在中心区域韦伯首次绘制出尘埃颗粒（黄白色和绿色）的发射量，蟹状星云内部运作的其他方面变得更加突出，在韦伯拍摄下的红外光中可以看到更多细节。

图说：哈勃太空望远镜在可见光下（左）和詹姆斯·韦伯太空望远镜在红外光下（右）看到的蟹状星云。图片来源：NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (Arizona State University); Webb Image: NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University)

韦伯特别强调了所谓的同步加速辐射，一种由带电粒子（如电子）以相对论性速度围绕磁场线移动产生的发射。在蟹状星云内部的大部分区域，这种辐射以乳白色烟雾状物质形式出现，此特征是星云脉冲星的产物，脉冲星是一颗快速旋转的中子星，脉冲星的强磁场将粒子加速到极高的速度，使它们在围绕磁场线缠绕时发出辐射。虽然同步加速辐射是在整个电磁频谱范围内发出，但透过韦伯的NIRCam可以看到前所未见的细节。研究人员表示要找到蟹状星云脉冲星心脏的位置，可以沿着中间环形波纹状的缕线，追踪到中心的亮白点。从核心向外延伸，沿着细细的白色辐射带前进，这些弯曲的缕线紧密地聚集在一起，勾勒出脉冲星磁场的结构，塑造了星云。在中心左侧和右侧，白色物质从丝状尘埃笼的边缘急遽向内弯曲，并向中子星的位置延伸，就像星云的腰部被挤压一样，这突然的瘦身可能是由于超新星风的膨胀被致密气体带限制所致，脉冲星心脏产生的风继续推动着气体和尘埃的外壳快速向外膨胀。在残骸的内部，黄白色和绿色的斑驳细丝形成了大规模的环状结构，这些结构代表了尘埃颗粒所在的区域。（编译/台北天文馆赵瑞青）

图说：箭头指向蟹状星云的脉冲星，看起来像一个亮点。图片来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Tea Temim, Princeton University

资料来源：SCI NEWS

发布单位：台北市立天文科学教育馆

我们知道月球上有水冰，但不太清楚它从何来。一项新研究表示，间接来自地球和太阳的电子流有助于月球表面水冰的形成。这些电子在月球进出地球磁尾时撞击月球，而地球磁尾是地球在太空中快速移动时所留下。磁尾内部是由高电荷电子和离子组成的电浆（plasma），这些电子和离子来自地球大气层和太阳风辐射。

图说：地球磁层的构造。(NASA/Goddard/Aaron Kaase)

科学家先前研究过磁尾和更大的磁层在月球水形成中可能扮演的角色。当地球的磁场阻挡来自太阳吹出的太阳风时，就会产生磁层，并在其尾流中产生各种影响。夏威夷大学马诺阿分校的行星科学家Shuai Li说：「这为研究月球表面水的形成过程提供了一个天然的实验室。」

早期的研究指出，月球上的水可能来自于太阳风中的氢离子。研究人员认为，还有其他力量在起作用——特别是电子。其中一个可能的方式是高能量的电子与月球土壤反应，释放出被困住的氢，然后形成水。

我们需要在月球表面进行进一步的观察和实验才能确定答案，以确认月球上的水最初起源于哪里。月球上的水源让科学家着迷的原因有很多，例如可了解更多月球的过去，以及如何在月球表面长期生活。该研究已发表在《自然·天文学》期刊上。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆 丨 观赏方式： ★★★★

国际太空站（International Space Station）即将于11月14日傍晚飞掠台湾地区上空，预计亮度可达约-3.8等，非常适合观赏！

2023年11月10日至11月16日国际太空站飞掠预报。来源：Heavens-Above。

从11月14日傍晚约18时03分起，国际太空站将从西南方地平线出现，经过人马座、天鹰座之后，在约18时06分达最大仰角84°！接下来经过蝎虎座、仙后座之后，在约18时08分于东北方，因进入地球阴影中而消失。此次飞掠比较特别的地方，是国际太空站将会以84°最大仰角，通过天顶略偏西北方一点的位置，且最亮可达约-3.8等。因此在全程约5分钟的时间都能够轻松地观赏，非常值得期待！（编辑/台北天文馆蔡承颖）

2023年11月14日傍晚国际太空站飞掠台湾地区上空的轨迹图。来源：Heavens-Above。

发布单位：台北市立天文科学教育馆 丨 观赏方式： ★★

C/2023 H2 (Lemmon)是一颗长周期彗星，曾被泛星计划分别在3月26日及4月18日拍摄到，但都被标记为点状天体而非彗星，直至2023年4月28日被亚历桑那大学座落于莱檬山的斯图尔德天文台所发现并标记为可能彗星，发现时的视星等仅有21等。

彗星的亮度变化预测，图片来自吉田诚一彗星网。

它于十月左右时抵达近日点，而在通过近日点后，虽然它将于11月11日距离地球最近，但离地球最近的当下台湾地区不可见，因此对台湾地区而言最佳的观赏日为11月10日晚上，预期总亮度可达6~7等（来自COBS），自11月起，你可以在西北方低空透过望远镜看见它，随着日期的推进，彗星的仰角每天也在逐渐增高，在亮度最高的11月10日及11日将有机会透过一般的双筒望远镜看见它，未来的预测路径请见下图。（编辑/台北天文馆技佐许晋翊）

图说：彗星预测行经路径，其中黄色线段表示彗星将经过的路径，标记的第一个数字为日期，括号内的数值则代表预测亮度（来自Stellarium），每一个标记点都以20:00为准。

发布单位：台北市立天文科学教育馆

当人类开始探索遥远的太空，并逐渐迈向其它的星球，一个新的问题也随之浮现：在地球大气层之外的微重力和辐射环境中，我们能否继续进行品种的繁衍？

实际上，哺乳动物胎儿是否能够在微重力中发育是科学家们已经讨论了一段时间的问题。2009年，由山梨大学的分子生物学家若山照彦（Wakayama Teruhiko）所带领的研究团队发现模拟微重力对胚胎发育有不利影响——卵子可以在微重力中受精，但受精卵的植入成功率较低，但受精过程还有很多不同的部分，所以团队的最新努力集中在胚胎的早期发展，而不是受精或植入。

一项同样由若山照彦带领的新实验首次在国际太空站的微重力环境中成功培育哺乳动物胚胎，这表示哺乳动物的胚胎至少在一开始能够在太空存活。研究人员受精老鼠胚胎，发展到双细胞阶段，然后将它们冷冻，运送到国际太空站，由太空人在专为此目的而设计的特殊机器中解冻和培养。在四天的时间里，太空人培养了这些胚胎，实验结束时将它们保存在多聚甲醛中并送回地球，由后续的研究团队进行分析。尽管太空中的存活率较低，但那些存活下来的胚胎发育正常，显示重力对囊胚形成和初期的细胞分裂没有显著影响。

然而，这还不是太空中受孕的最终答案，本研究尚未考虑到太空中较高的游离辐射值，并且只到了囊胚阶段为止，还无法确定在子宫内的发育是否会有不同结果。其他实验也显示在关键的胚胎发育阶段，太空中的环境可能会影响前庭器官的发展。再比如2005年的一项研究发现，正常的胎儿肌肉骨骼发育需要地球上的重力负载。该文发表在细胞出版社旗下的《iScience》科学期刊中。（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

科学家从近20年的数据中终于证实天王星北部地区有红外线极光的存在，这项发现或许还能解释为什么这颗行星距离太阳如此之远，温度却比它应有的温度高得多。包括天王星在内的所有气态巨行星的温度若仅在受到太阳的加热下，都比模型预测的温度高出摄氏数百度。为什么这些行星比预期的温度高得多？有一种理论认为高能极光是造成此现象的原因，它产生热量并将热量向下推向磁赤道。高能粒子通常沿着磁力线向行星加速，并与粒子（通常是行星大气层中的粒子）发生相互作用，当它们落在行星上时，就会产生极光。尽管它们在不同的星球上看起来会有很大的不同，但这绝非地球独有的现象，如木星强大而永久的极光在紫外线下闪耀；火星上的极光也是如此；金星上的极光与地球相似；而水星没有大气层，因此它的极光表现为来自表面发射X射线萤光的矿物中。

图说：天王星上红外线极光出现位置的视觉化。图片来源：NASA, ESA and M. Showalter/SETI Institute; University of Leicester

自1986年以来，我们就知道天王星上存在紫外线极光，甚至可能还存在X射线成分，科学家认为它也一定有红外线极光，就像在木星和土星上看到的那样。尽管他们自1992年以来就一直在寻找，但其证据却难以捉摸。2006年，研究团队使用凯克天文台近红外光谱仪NIRSPEC（Near InfraRed SPECtrograph）对天王星进行长达6小时的观测，仔细研究了224幅影像，寻找一种特定粒子——电离三氢阳离子 (H3+) 的迹象，此粒子的发光强度会随着温度的变化而改变，这表示它可以用来测量物体的冷热程度。研究人员在观测数据中发现H3+的密度明显增加，但却没有改变行星大气层的温度，这与天文学家预期红外线极光的存在引起的电离一致，因此，他们认为此特征表示在天王星的大气层中发现红外线极光。

迄今为止发现的大多数系外行星都属于亚海王星（sub-Neptune），在物理尺寸上与海王星和天王星相似，这表示可能具有类似的磁场和大气特征。透过分析与行星磁场和大气直接相关的天王星极光，将有助于了解这些世界的大气和磁场，从而预测它们是否适合生命存在。研究团队表示此研究结果将继续扩大我们对冰巨行星极光的了解，并加强我们对太阳系、系外行星甚至对地球磁场的理解。相关研究成果发表于《自然·天文学》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

美国太空总署的洞察号火星任务帮助科学家绘制了火星的内部结构，包括其核心的大小和组成，并提供了有关其如何形成的线索。但发表在《自然》期刊上一篇新论文的发现，可能会导致对这些数据的重新分析。国际研究小组发现，在火星金属核心上存在着熔融硅酸盐层，这为火星如何形成、演化并成为今天这个贫瘠星球提供了新的见解。

图说：火星地核周围的液态硅酸盐层的示意图。（Credit: IPGP-CNES.）

该团队使用地震资料来定位和识别位于火星地函和地核之间的一层薄薄的熔融硅酸盐（构成火星和地球的地壳、地函的岩石矿物）。随着这一熔融层的发现，研究人员确定火星的地核比先前的估计密度更大、体积更小，这一结论与其他地球物理数据和火星陨石的分析更吻合。

马里兰大学（University of Maryland）地质学教授也是这篇论文的共同作者Vedran Lekic，将熔融层比作覆盖火星地核的「加热毯」（heating blanket）。Lekic指出，这层毯子不仅隔绝了来自核心的热量，阻止了核心的冷却，还能集中衰变产生热量的放射性元素。当这种情况发生时，火星地核可能无法产生对流运动，从而产生磁场，这可以解释为什么火星周围目前没有活跃的磁场。像火星这样的类地行星，如果周围没有一个有效的保护磁场，将极易受到勐烈太阳风的影响，并失去表面上所有的水，使其无法维持生命。Lekic补充说，地球和火星之间的这种差异可以归因于内部结构的差异以及两颗行星所采取的不同的行星演化路径。

论文的主要作者也是法国国家科学研究中心的科学家Henri Samuel说：「地函底部的液态层对火星金属地核的覆盖意味着，在火星演化的最初5亿至8亿年间，火星地壳中记录到的磁场必须由外部来源产生。这些来源可能是高能撞击或已消失的古代卫星引力相互作用产生的核心运动。」研究小组的结论支持这样的理论，即火星曾经是一个熔岩海洋，后来冷却结晶，在地函底部产生一层富含铁和放射性元素的硅酸盐熔体。

经过四年多收集火星数据后，NASA的洞察号任务于2022年12月正式结束，但对观测结果的分析仍在继续。研究作者希望利用地震数据收集到的行星演化讯息能够为将来前往月球和金星等天体的任务铺平道路。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：马里兰大学