发布单位:台北市立天文科学教育馆

  海王星外天体创神星(50000 Quaoar)于2023年2月在其周围发现了一个环,因其位置超出洛希极限外,因此引发了环系统和卫星如何形成的理论的质疑。而在4月研究中,研究团队发现了第二个环,新环宽约10公里。

艺术家对创神星及其两个环的想像图。图片来源:Alexandre Crispim, C. L. Pereira et al. 2023 Second ring found around dwarf planet Quaoar
图说:艺术家对创神星及其两个环的想像图。图片来源:Alexandre Crispim, C. L. Pereira et al. 2023

  创神星于2002年6月6日发现,直径约1,100公里,大约是冥王星的一半,位于柯伊伯带,轨道距离太阳45.1~45.6个天文单位,周期为284.5年。研究人员发现它的表面有水冰,并有低温火山作用的迹象。它有一颗名为Weywot的卫星——创卫一,于2007年发现,直径约为80公里。

  创神星发现的第一个环轨道半径约为4057公里,此次发现的第二个环轨道半径约为2520公里,皆位于其洛希极限外,这与描述卫星和环如何形成的理论相矛盾。以往我们认为位于洛希极限内的物质会被潮汐力拉开而形成环,而位于洛希极限外的物质会凝聚成为卫星。但创神星2个环的情况却并非如此,导致科学家重新思考环的形成理论。

研究人员对创神星形状(中心)结果的表示以及两个环 Q1R(外环)和新发现Q2R(内环)的检测,并假设Q2R的轨道与Q1R同心且共平面,绿色椭圆代表预期的洛希极限。图片来源:C. L. Pereira, B. Sicardy, B. E.Morgado, et al. 2023
图说:研究人员对创神星形状(中心)结果的表示以及两个环 Q1R(外环)和新发现Q2R(内环)的检测,并假设Q2R的轨道与Q1R同心且共平面,绿色椭圆代表预期的洛希极限。图片来源:C. L. Pereira, B. Sicardy, B. E.Morgado, et al. 2023

  由于环太小太暗无法在望远镜中看见,两者皆是借由掩星现象间接发现,最近一次是在2022年8月9日发生掩星,天文学家做好准备,再次将设备对准创神星,希望对其能有更多地了解,而结果不仅揭示了更多的细节,包括环中一个只有几公里宽的致密、狭窄的核心,观察结果还发现了第二个环的存在。接下来计划在未来的掩星中能获得更多的资讯,让我们更加了解此类环是如何形成的。相关研究成果发表于《Astronomy & Astrophysics》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

资料来源:Phys.org

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10公分(4吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照 ★★★★

  当月球在背景星空中移动时,有时会遮掩住位于远方的星体,这种现象称为月掩星。2023年3月24日日落后,往西方天空可见金星在初三眉月上方,两者相距仅1°,此时仰角高度约30°。若天候许可,肉眼将可见初三眉月的地球照,与亮度达-4.0等的金星相伴,观赏条件极佳。

2023年3月24日傍晚19:52前后,将可见到「月掩金星」奇景。
2023年3月24日傍晚19:52前后,将可见到「月掩金星」奇景。以上示意图由Stellarium软体产生。

  3月24日傍晚19时52分前后台湾地区将可见到「月掩金星」奇景(各地发生时间约有数分钟差异),金星将从月球暗缘掩入,明亮的金星在短短十余秒内瞬间消失于眉月边缘,如日食般神奇令人惊叹!此时仰角仅约10°,需选择西方视野开阔处,若使用望远镜观测效果更佳。20时47分月落,20时49分金星自月球亮缘复出但不可见。月掩金星发生时,除了可以直接使用肉眼观赏之外,亦推荐使用望远镜观察月面暗缘的地球照现象。若使用高倍率望远镜,将有机会看到盈凸月状的金星被月面掩入之过程。当天金星视直径13.5",是今年令人期待的天象之一!

2023年3月24日傍晚,金星与月球相对位置示意图。
2023年3月24日傍晚,金星与月球相对位置示意图。以上示意图由Stellarium软体产生。

  「月掩金星」发生频率并不低,但因大多出现在白天而无法观赏,或在黎明前而鲜为人见;以过去一百年来说,台湾地区出现月掩金星多达28次,但发生在白天的就有22次,其他6次,包括1974年上一次肉眼可见的月掩金星,都是在黎明前,但像这次发生于日落后,大众皆可目睹的机会,得回溯到百多年前的1895年,而下次则要等到40年后的2063年5月31日!(编辑/台北天文馆赵瑞青)

2023年3月24日傍晚,月掩金星。
2023年3月24日傍晚,月掩金星。

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10公分(4吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照 ★★★★★

  2023年3月天象特别精彩,除了春分的黄道光、谷神星冲等,肉眼可见「月掩金星」更是数十年来难得一见的奇景,不可错过。

  3月21日是「春分」,这天地球的昼夜几乎等长。每年春分前后一个月左右是观赏「黄道光」的好时机,暮光后在西方天空呈三角形的白色光锥就是黄道光,不过由于它是太阳系内尘埃粒子散射阳光所形成的微弱光芒,所以必须到无光害的地方才比较容易看见。

  除了黄道光外,太阳系中最早被发现、编号1号的小行星「谷神星」也将于3月21日「冲」,在此前后几天的亮度达到最高,约7等,是寻找它的最佳时机。不过虽在双筒望远镜可见范围内,但因其附近类似亮度的恒星众多而难以辨识,以简易相机拍摄再比对星图,更容易觅得其身影。

  3月24日傍晚19:52前后,台湾地区将可见到「月掩金星」奇景(各地发生时间约有数分钟差异),明亮的金星在短短十余秒内瞬间消失于眉月边缘,如日食般神奇令人惊叹!其实「月掩金星」发生频率并不低,但因大多出现在白天而无法观赏,或在黎明前而鲜为人见;以过去一百年来说,台湾地区出现月掩金星多达28次,但发生在白天的就有22次,其他6次,包括1974年上一次肉眼可见的月掩金星,都是在黎明前,但像这次发生于日落后,大众皆可目睹的机会,得回溯到百多年前的1895年,而下次则要等到40年后的2063年5月31日!

2023年3月24日傍晚19:52前后,将可见到「月掩金星」奇景。
2023年3月24日傍晚19:52前后,将可见到「月掩金星」奇景。以上示意图由Stellarium软体产生。

  随着时序来到春天,台北天文馆的宇宙剧场将在周末晚间19时和19时30分举办两场次免费的春季星空导览,除了带大家认识春天的星座外,也将介绍3月间奇特而美丽的天象,欢迎莅馆欣赏,各项资讯请参阅天文馆网站。

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  在2023年1月19日日出前的东方天空,可以见到农历腊月廿八日的残月掩入蛇夫座M19球状星团,掩入至复出的过程全程可见,推荐早起的朋友欣赏。

2023年1月19日发生月掩M19球状星团示意图。为呈现星团与月球相对关系,图示模拟时间为掩入前与复出之后。
2023年1月19日发生月掩M19球状星团示意图。为呈现星团与月球相对关系,图示模拟时间为掩入前与复出之后。以上示意图由Stellarium软体产生。

  由于月球每日绕地球公转,月球在天球上会以每天约13°的速度自西向东移动。当月球通过远方天体与观察者之间而遮蔽该天体时,称为月掩星。月掩星可以精确量测月球在天空中的运行状态外,也可以用来测量月球的地貌、解析无法分辨的双星,甚至用来测量恒星的视直径,是少数可以用一般简易天文望远镜能进的高精确度天文研究项目。

  由于月球是地球天空上视直径最大的天体之一,月掩星其实不断发生,但因为月球相当明亮,通常只有明亮的恒星被月球掩蔽才易于观赏或观测,很少会去讨论月球掩蔽深空天体的状况。但这次的月掩M19球状星团,发生时的月龄约为26.4,外形为残月、亮度较低,值得尝试观赏!

  本次月掩M19球状星团自1月19日凌晨5时4分由月球的亮缘掩入,凌晨6时7分由月球的暗缘复出,掩星时长1时3分。当日日出时间为6时41分。M19位于蛇夫座。(编辑/台北天文馆谢翔宇)

2023年1月19日凌晨月掩M19球状星团可见区域地图。图片来源:Occult4
2023年1月19日凌晨月掩M19球状星团可见区域地图。图片来源:Occult4掩星软体。

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  睽违2年又49天之后,有「战神」称号的火星又将在12月8日运行到「冲」的位置,这天也是月球运行到「望」的日子,在北美洲与欧洲更可以在这天见到「满月掩火星冲」的奇景!

2022年12月8日满月掩火星冲可见区域地图。图片来源:Occult4
图说:2022年12月8日满月掩火星冲可见区域地图。图片来源:Occult4

  2022年的火星冲发生在12月8日13时42分,此时太阳、地球和火星三者连成一线,严格来说是此时太阳与火星从地心视黄经座标来看相差了180°。而这个月的望发生在12月8日12时08分,此时太阳、地球和月球连成一线,也就是太阳与月球从地心视黄经座标系来看相差180°。但就像我们并不是每次满月都会有月食发生一样,若行星运行到「冲」的位置同时月球也运行到「望」的位置时,也不代表会发生「月掩行星」的现象。由于月球绕地球的白道面与黄道面有5度的交角,各个行星的轨道面与黄道的交角又有不同,若是要「行星冲」、「望」、「月掩行星」三者同时发生的机会是相当罕见的。

2022年12月8日满月掩火星冲可见区域动画。图片来源:NAOJ
图说:2022年12月8日满月掩火星冲可见区域动画。图片来源:NAOJ

  对于台湾地区的观察者而言,12月7日当晚月球位于火星的西方,12月8日晚间月球已经移动到火星的东方了。虽然我们无法看见满月掩火星冲的特殊天象,但由于火星冲当日火星的赤纬在+25°,火星在23时42分过中天时,火星将完美地位居天顶,是属于我们北纬25°的观察者才能看到的景象,也算是稍有安慰了。(编辑/台北天文馆谢翔宇)

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  2022年11月8日的月全食是台湾地区睽违四年以来本影食全程可见的月全食,本次月全食为第136沙罗序列中的第20次。北美洲西部、日本全程可见,东亚、南亚及澳洲可见月出带食,南美洲可见月没带食。

月全食世界地图。

  台湾地区本影食全程可见,月球于17时2分东升,全食历时1时25.7分,自初亏到复圆,历时3时40.5分,食分1.364。在全食期间,还将发生月掩天王星,各地掩入及复出时间略微不同,以台北为例,此次月掩天王星,掩入19时5分,复出19时53分;台中掩入19时3分,复出19时50分;高雄掩入19时2分,复出19时46分。

本次月全食各时间段列表,依各地发生时间可能会有几秒钟的差异。
图说:本次月全食各时间段列表,依各地发生时间可能会有几秒钟的差异。

月全食掩天王星预报图。

资料来源:国际掩星计时协会IOTA。
预报资料来源:国际掩星计时协会IOTA

  以全球的角度而言,月掩行星很常发生,但是能看见某次月掩行星的区域其范围有限,因此以台澎金马地区而言,月掩行星反倒极难看见,以台北为例,上一次及下一次月掩行星都是掩金星,上一次发生于今年的5月27日中午时分,但天公不作美,无法欣赏;下一次则发生于2023年3月24日傍晚,只可见掩入且仰角极低。

  若仅计算月掩天王星,上一次发生在23年前,1999年11月15日;下一次则要再等16年,直到2038年4月12日;若再将月全食的条件纳入,下一次月全食掩天王星要等到4344年8月8日,可以说一生就这么一次,若是错过,即便重新投胎转世20次都没有机会看见。

  此外,由于天王星的亮度较低,一般的月掩天王星为了要拍摄出天王星,曝光时间势必要拉长,但相对的月亮也会变得极亮,唯有在本次的月全食期间,满月的亮度相对降低了99.999%,仅余下地球大气层折射出的红光,因此能借此机会拍到最完美的照片或影像。

如何观测月食?
  观察月全食不需要任何仪器,只需挑选东边地平面附近无遮蔽物、看得到月亮的地方,就可以仅用肉眼欣赏。若能使用脚架固定手机或相机、更可以轻松记录这个美丽的天象,是所有壮观天象中最容易观察的!以下为几种月食摄影方式:

月流迹摄影:
  从月出至复圆期间,将快门一直打开曝光,可以记录月全食的光度连续变化。拍摄月流迹须用广角镜头,且需先事前估算月球从开始到结束的位置,将镜头位置调整好,才能在同一影像内纪录下整个月食过程。

月全食流迹摄影。2007/8/28,吴昆臻摄于台北天文馆第二观测室。
▲月全食流迹摄影。2007/8/28,吴昆臻摄于台北天文馆第二观测室。

间歇摄影:
  类似月流迹摄影,相机与脚架位置固定不动,但快门每隔10~15分钟固定拍摄一次,并事后以影像软体予以合成;此外,还必须随月球的亮暗调整光圈大小与曝光时间。此次月食发生的仰角较低,搭配适当地景拍摄,容易得到不错的结果。

月食过程间隔摄影。
▲月食过程间隔摄影。

2019年夏,月落带食 林永敏摄。
▲2019年夏,月落带食 林永敏摄。

扩大摄影:
  利用相机配合长镜头或天文望远镜,将月球尽可能放大者来拍摄。调整好焦距,配合适当快门摄影。若配合地貌,可用此方法拍摄月出带食的美照。

大雪山月出带食 王志信摄。
▲大雪山月出带食 王志信摄。

地球影摄影:
  使用长镜头的相机,装设在赤道仪或摄星仪上,利用仪器追踪抵销地球自转所造成的星月移动,隔数分钟曝光一次,再事后以软体合成。这种方式可以拍到月球进出地球影的景象,并借以显示地影的大小与位置。拍摄前需先估算好食甚时刻月球位置,以此位置为视野中心。

月全食和地球本影摄影
▲月全食和地球本影摄影 王嘉辉摄。

月食的成因
  月球绕地球公转的轨道称为「白道」;跟着地球一起绕太阳公转的轨道称为「黄道」。月球公转过程中,和地球、太阳的相对位置一直改变,地球上的人们会见到不同形状的月球,称为「月相」或「月球的相位」。月相变化周期即为农历(阴历)的一个月,约29.53天,亦称为一「朔望月」。

月相变化示意图。
月相变化示意图。

  太阳光照射物体时,会在物体背面形成阴影。由于地球是球形,且太阳体积比地球大许多,故地球阴影是圆锥形的,其中深灰色小圆锥称为「本影」,阳光完全无法抵达;浅灰色大圆锥称为「半影」,仍有一部分的太阳可以照射到此处。

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本影与半影示意图。

日月食成因示意图。
日月食成因示意图。

  白道面和黄道面两者并不重合,而是有个约5°9'的夹角。当月球在望的位置时,不一定会恰好落在地球阴影中;唯有位在白道面和黄道面的交点(节点)附近时,才有机会形成月食。 故月全食发生有2个必要条件:(1)为月球必须在望的位置,(2)月球必须在白道面与黄道面的交点上,简而言之,就是月─地─日必须几乎成一直线。

  因月球位置并不见得会恰好全部落在地球本影中,若月球全部进入地球本影中,则为月全食;若仅从地球本影边缘通过,只有一部分月面被遮,则形成月偏食;若月球全部位在地球半影中,则为半影月食。半影月食的光度变化非常小,除非用比较灵敏的摄影器材或光度观测仪器,否则不太容易用肉眼看出变化。

月食种类、成因与各阶段名称示意图。
月食种类、成因与各阶段名称示意图。

为何月全食的月亮是红色的?
  当月全食发生时,月球进入地球本影,阳光本会完全被地球遮蔽而使得地球上的人们看不见月亮,然而因地球具有大气层,阳光经地球大气层的散射与折射后,短波长的蓝光被散射掉,长波长的红光则被大气层折射至月球表面,因而使月亮呈现红色。

为什么月全食的月亮是红色的?
月全食时的红色月亮成因示意图。

为什么月全食的时间有长有短?
  月全食由食既至生光的全食阶段时间长短每次都不相同,主要是受到几个因素的影响:
  1.地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的,因此有时比较靠近太阳,有时离太阳比较远,地球阴影圆锥的大小会随之改变,反之地球上所见的太阳大小也会随之不同。
  2.月球绕地球公转的轨道也是椭圆形的,所以地球上所见的月球大小也会不同。
  3.月全食发生时,如果非常接近地影中心的位置,则月全食的长度也会比一般的长。

影响月全食过程长短的原因。
影响月全食过程长短的原因。

  上图中灰色部分表示地球本影,暗红色部分表示月球,十字线表地影中心。(a、b)假设地影大小、月球大小均相同,则月球经过地影的路径不同,全食总长度便不同。(c、d)假设地影大小相同,所走路径亦相同,则月球大小不一样,全食总长度亦不同。(e、f)假设月球大小相同、所走路径相同,则地影大小不同,全食总长度亦不同。

20世纪至22世纪的月食统计与比较

  每年可能发生的月全食最多只会有3次,最少则连1次都没有;但若将月偏食与半影月食也计入,则一年的月食发生次数可多达5次,最少2次。而每一次月食的状况也都不相同。下表为20世纪至22世纪的月食统计与比较,日期均以国际标准时UT为准:

         20世纪(1901-2000) 21世纪(2001-2100) 22世纪(2101-2200)
一年有2次月食的年数 78        78         72
一年有3次月食的年数 15        16         19
一年有4次月食的年数 7         6         8
一年有5次月食的年数 0         0         1(2132年)
月食总次数     229        228        238
全食总次数     81(35.4%)     85(37.3%)     69(29.0%)
偏食总次数     65(28.4%)     57(25.0%)     88(37.0%)
半影食总次数    83(36.2%)     86(37.7%)     81(34.0%)
时间最长的月全食 2000.07.16(1h46m24s) 2018.07.27(1h42m57s) 2123.06.09(1h46m06s)
时间最短的月全食 1917.12.28(0h11m58s) 2015.04.04(0h4m43s)  2155.09.11(0h02m36s)
食分最大的月全食 1953.07.26(1.8628)  2029.06.26(1.8436)  2170.05.30(1.8330)
食分最小的月全食 1917.12.28(1.0056)  2015.04.04(1.0008)  2155.09.11(1.0003)

(编辑/台北天文馆技佐许晋翊)

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  2022年10月6日(四)晚间22时38分即将发生罕见的「海卫一掩星」的事件,这事件发生频率不高,而上一次在2017年10月5日发生时带来令人惊喜的「中央增亮」现象,预期这次的掩星也有机会发生类似的现象,详细研究此天象将有助于天文学家更加了解海卫一的大气层。

航海家二号拍摄的海卫一表面,由橙色、紫色和紫外线滤镜拍摄的影像合成。图片来源:NASA/JPL/USGS
航海家二号拍摄的海卫一表面,由橙色、紫色和紫外线滤镜拍摄的影像合成。图片来源:NASA/JPL/USGS

  海卫一(Triton)是海王星最大的卫星,其公转轨道方向与海王星自转方向相反,是太阳系中最早被发现的大型逆行卫星,因为这个特殊的公转轨道,海卫一被认为是一颗从柯伊伯带被捕获的卫星。关于海卫一的探测资料不多,目前唯一一次访问过海卫一的太空船是在1989年飞掠的航海家二号,当时拍摄了海卫一非常多高解析度的地表照片,发现表面的撞击坑很少,代表海卫一的地质年龄相当年轻,还不断有地质活动在抹平地表的起伏。海卫一的直径比月球略小,比冥王星稍大。但和月球不一样,海卫一和冥王星都具有稀薄的大气层,以及极低温的氮与甲烷构成的冰质表面。在航海家二号所拍摄的照片中显示,海卫一稀薄的大气仍然有一些对流现象和云状物,后来新视野号在2015年飞掠冥王星时也看到十分类似的情景。对于这些外太阳系的寒冷星球表面和大气活动,天文学家能观测的手段并不多,除了直接以太空船飞掠之外,运用「掩星」是一个非常好的方法。

2017年观测海卫一掩星时发生的中央增亮现象。

  掩星是指一个天体通过另一天体的前方,通常会造成后方天体的光线被遮挡,使得光度短暂下降的现象。上方的影片是在2017年观测海卫一掩星时发生的中央增亮现象,影片中较大的星体是海王星,而紧邻海王星上方的是被掩的恒星,当海卫一通过恒星前方时恒星的亮度明显降低,但当海卫一运动到一半时,恒星的光线却有明显的变亮,这是海卫一的大气层将后方星光聚焦而增亮的现象,这样的现象非常特别,将有助于天文学家建立模型来探讨海卫一的大气组成。

本次海卫一掩星事件预报图。图片来源:香港天文学会掩星组/Occult 4
本次海卫一掩星事件预报图。图片来源:香港天文学会掩星组/Occult 4

  这次的海卫一掩星事件海卫一在地表的投影略为偏北,中心线大约在日本、韩国至中国华北、西藏一带往印度方向延伸,台湾地区刚好在掩带的南缘,是观测海卫一大气层的好机会,也有可能观察到中央增亮现象。当天海王星亮度7.7等,海卫一13.5等,被掩恒星11.6等,由于被掩恒星亮度较低,观测难度较高,建议使用较大口径望远镜配合高感光度器材连续拍摄整段掩星过程,以记录恒星的光度变化。也可参考麻省理工行星天文学实习室(MIT Planetary Astronomy Laboratory)对本次海卫一掩星的详细预报。(编辑/台北天文馆谢翔宇)

发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:需以口径10公分(4吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照

  月球绕地球公转,月球在天球上以每天约13度自西向东移动。若月球恰好通过远方天体与观测者之间而遮蔽该天体,就会发生月掩星。由于月球的赤道地平视差约达1度,各地见到的月掩星时间略有不同,以下预报资料以台北为计算基准。

  在10月3日傍晚将发生月掩斗宿五(人马座τ星),斗宿五位于人马座,亮度约3.3等。斗宿五的表面温度比太阳略低,颜色呈现淡橘色。掩星当天为上弦月,亮面范围约55%,斗宿五于16时39分从暗缘掩入,17时10分从亮缘复出,下图为月掩斗宿五掩入至复出月球的相对位置。但由于当时太阳仍未西沉,因此不易看见,需使用双筒望远镜或小型望远镜等设备。(编辑/台北天文馆赵瑞青)

2022/10/3 月掩斗宿五示意图。
2022/10/3 月掩斗宿五。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 观赏方式:需以口径10公分(4吋)以上的天文望远镜观赏 可拍照 ★★

  月球绕地球公转,因此月亮在天球上以每天约13度自西向东移动。若月亮恰好通过远方天体与观测者之间而遮蔽该天体,就发生月掩星。由于月球的赤道地平视差约达1度,各地见到的月掩星时间略有不同,以下预报资料以台北为计算基准。

  在8月30日中午将发生月掩太微左垣二(东上相,室女座γ星),它是一对双星,亮度分别是3.48和3.50等,合起来是2.8星等。由于位于黄道以北2.8 度,因此常被月球遮挡。8月30日当天为眉月,月龄2.7,亮度约为-8等。以台北位置预测,太微左垣二于11:36从月球暗缘掩入,仰角约为46度,12:55由月球亮缘复出,仰角约为59度。由于掩星时日正当中无法直接以肉眼观测,难度极高。建议使用能自动寻星的赤道仪观测,而且须小心不能将望远镜指向太阳,否将导致永久性失明。(编辑/台北天文馆研究员李瑾)

2022/08/30 月掩太微左垣二。
2022/08/30 月掩太微左垣二。以上示意图由Stellarium软体产生。