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 ★★★

  周期彗星最亮之一同时也是睽违71年再度回归的庞士-布鲁克斯彗星(12P/Pons-Brooks),最近已进入最佳观测期!根据观测回报,它现在的亮度约5等并逐渐上升中,在日落后的西方偏西北方的低空有机会透过双筒望远镜发现它的踪影,非常令人期待。

天文摄影师Michael Jäger于2024年3月6日拍摄的12P彗星与明显彗尾。来源:Michael Jäger
天文摄影师Michael Jäger于2024年3月6日拍摄的12P彗星与明显彗尾。来源:Michael Jäger

  随着北半球的天文观察者迎来春天,庞士-布鲁克斯彗星正变得更加明亮。目前使用小型望远镜和双筒望远镜可以观察到这颗与哈雷彗星十分类似的彗星,在未来几周内甚至将达到肉眼可见的亮度。庞士-布鲁克斯彗星将于4月21日达到近日点,预计在4月8日的日全食期间将位在距离太阳约25度的地方,是难得一见的超精彩天象!

12P彗星自3月至4月间出现在日落后的西方天空。
12P彗星自3月至4月间出现在日落后的西方天空。以上示意图由Stellarium软体产生。

  虽然庞士-布鲁克斯于4月21日通过近日点时最高亮度将可达约4等,可惜此时彗星太过接近太阳,仰角偏低观察不易。而在6月2日,庞士-布鲁克斯彗星将最接近地球,但由于此时已离太阳较远,因此会比其位于近日点时更暗,亮度预估约6.5等,在近地点期间位于天兔座,在南半球的民众仍有机会于日落后于西方低空,使用双筒望远镜甚至肉眼发现它。

  建议有兴趣的民众可以把握此彗星在3月中旬至4月上旬之间仰角适合的时机,挑选晴朗、无光害的地点,配合双筒望远镜等器材的辅助,应有机会在日落后的暮光中看到彗星毛絮状的彗核。(编辑/台北天文馆赵瑞青)


在12P/Pons-Brooks庞士-布鲁克斯彗星的彗发中隐藏着优美的漩涡状光芒

  庞士-布鲁克斯(12P/Pons-Brooks)彗星,由冰、气体和尘埃组成的彗核宽约17公里,轨道周期约为71年。从2023年7月起,天文学家发现它的亮度已逐渐达到69年以来最大,且持续增加,同时彗核也开始频繁地喷出气体与尘埃。随着彗星愈来愈接近太阳,也因彗发中的C2含量增加而开始散发出绿色光芒,并同步伸展美丽的彗尾,业余天文学家也开始将目光转向这颗明亮的彗星,并拍摄出许多吸引人的彗星摄影照片。

  2024年3月9日,天文摄影师Jan Erik Vallestad将他在挪威拍摄的庞士-布鲁克斯彗星高解析度影像,经过软体进行处理后发现,在彗发中呈现出漩涡状的优美图案。

将最新的庞士-布鲁克斯彗星摄影图像,经过影像处理后显示,在彗发中呈现了前所未见的优美发光螺旋图案。影像来源:Live Science
图说:将最新的庞士-布鲁克斯彗星摄影图像,经过影像处理后显示,在彗发中呈现了前所未见的优美发光螺旋图案。影像来源:Live Science

  之后拉脱维亚的天文摄影师Juris Seņņikovs采用相同的影像处理技术,在摄影图像的彗发中也呈现出同样的漩涡状图案。天文学家推测,漩涡状图案可能是由彗核表面的小型间歇性火山所喷出的冰晶、气体与尘埃造成。由于彗核不断旋转,让这些喷出物质被扭曲后,产生摄影图像中的漩涡图案。

若未经过特殊的影像处理,将无法看见隐藏在彗发光芒中的螺旋图案。影像来源:Live Science
图说:若未经过特殊的影像处理,将无法看见隐藏在彗发光芒中的螺旋图案。影像来源:Live Science

在夜空中飞掠仙女座大星系的庞士-布鲁克斯彗星。影像来源:Live Science
图说:在夜空中飞掠仙女座大星系的庞士-布鲁克斯彗星。影像来源:Live Science

  庞士-布鲁克斯彗星目前正以大约每小时64,500公里的速度穿越内太阳系,且已进入最佳观测期。于2024年4月21日通过近日点,预计在4月8日的日全食期间到达距离太阳约25度的地方,届时将出现难得一见的精彩天象!(编辑/台北天文馆蔡承颖)

发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 可拍照

  心宿二是天蝎座中最亮的一颗星,亮度约1等,也是我们在夜空中很容易可以直接目视的亮星之一。2024年3月30日23时03分将发生「心宿二合月」的天象,恒星合月是指某恒星和月球的赤经经度相同时,通常会是一个月球轨道周期中,恒星和月球视线最靠近的时候。但由于月球比其他星体距离地球要近得多,所以在不同地点所看到的月球位置也会有些许的不同。

2024年3月30日23时3分心宿二合月位置示意图。
2024年3月30日23时3分心宿二合月位置示意图。以上示意图由Stellarium软体产生。

  当天的月相为下弦月,心宿二亮度约为1等,两者间距仅为0.27°。但由于心宿二与月球约于22时40分左右才接续东升,因此在合发生的瞬间,仰角不到5度,建议想观赏的民众,务必挑选东南东方空旷无遮蔽物之处才容易观察。虽然过了合的瞬间后彼此间的距离将逐渐远离,但当晚仍可看其两者十分接近的身影。

2024年3月30日发生月掩心宿二之全球可见区域地图。资料来源:in-the-sky
2024年3月30日发生月掩心宿二之全球可见区域地图。资料来源:in-the-sky

  此外,本次心宿二合月发生同时,部分太平洋地区可以见到月掩心宿二的天象,只可惜绝大部分的可见区域都是海面上。从台湾地区观察,在月球和心宿二东升之前心宿二就已复出,因此无法看见月掩心宿二。(编辑/台北天文馆赵瑞青)

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 ★★

  水星和金星绕太阳的轨道在地球轨道以内,故有「内行星」之称。从地球上观看,这两颗行星常在太阳左右,仅能在清晨日出前或傍晚日落后的短暂时机观看,因此常有「晨星」与「昏星」之称。而水星另有「辰星」的别称。

  2024年3月25日6时34分,水星将抵达今年第1次东大距的位置(今年共发生3次),水星与太阳之间的日距角约为18.7度,视星等可达-0.2等,不过前述所列时间只是指天体的位置达最大角距的瞬间,并非最适合观赏的时间。

水星大距、合位置示意图。
水星大距、合位置示意图。

  由于水星是内行星,平时都在太阳附近难以观察,但当水星来到「大距」的位置时(通常发生于太阳-水星-地球三者连线接近直角,水星位在直角位置时),从地球上所见的水星离太阳最远,届时在日出或日落时所见的水星仰角较高,最容易观看。当水星位在太阳以东时称为「东大距」,见于日落后的西方天空;反之,位在太阳以西时称为「西大距」,见于日出前的东方天空。

2024年3月25日18时30分左右,西方天空概况。
2024年3月25日18时30分左右,西方天空概况。以上示意图由Stellarium软体产生。

  3月25日,水星将会在日落后出现于西方,仰角约18度,亮度约-0.2等,肉眼可见,约19时20分西沉,因此需挑选西北西方向空旷处才容易观测。如果能在天气稳定的环境下用望远镜观察水星,可看到本次水星东大距时,其形状呈弦月般的外观,相位为0.42。此时的水星视直径只有7.5角秒,建议使用口径20公分以上的望远镜来观察其形状。如果想拍下水星的影像,请参考台北星空第104期-固定摄影拍水星。(编辑/台北天文馆吴典谚)

发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:不可见 ☆

  2024年3月25日发生的半影月食为第113沙罗序列中第64次,台湾地区全程不可见。半影食历时4时39分07秒,最大半影食分为0.9557,月球通过地球半影北方。美洲地区全程可见,日本、澳洲等部分西太平洋地区可见月出带食,欧洲及西非部分地区可见月没带食。

  半影月食与其他种类月食的差异,是当月食发生时,因月球仅穿过地球的半影区域,仍然会有部分太阳光照射至月球,所以月球表面的亮度只会稍微降低。由于周遭无其他亮度相同的物体可以比较,因此若以肉眼直接观察较不易感受到月球变暗的现象。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

2024年3月25日发生半影月食。
2024年3月25日发生的半影月食,台湾地区恰巧位于上图中标示灰黑色的不可见区域内,表示在台湾无法看见本次半影月食天象。

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  在火星表面被称为夜之迷宫(Noctis Labyrinth of the Night)的区域下方,科学家发现了一个巨大的古代火山存在的证据,而且很可能还发现了一层被埋在地下的冰川。这项发现使火星赤道地区成为寻找古代生命迹象有吸引力的选择之一。

诺克蒂斯火山和其他三座巨型火山的位置分布。(Lee & Shubham, 2024)
图说:诺克蒂斯火山和其他三座巨型火山的位置分布。(Lee & Shubham, 2024)

  寻找一个隐藏的火山从来都不是研究计划的一部分,但是当SETI研究所的行星科学家Pascal Lee领导的一个小组调查一个有古代冰川痕迹的地区时,他们意识到发现了一个几十年来一直没有被发现的火山。这是因为这座火山被严重侵蚀,乍看之下不像火山。目前将其暂时命名为诺克蒂斯火山(Noctis)。这座火山海拔9000多公尺,地基绵延250公里,使它成为火星上海拔第七高的火山。

标示诺克蒂斯火山特征的地形图。(Lee & Shubham, 2024)
图说:标示诺克蒂斯火山特征的地形图。(Lee & Shubham, 2024)

  有几个特征表明这座摇摇欲坠的山是火山的性质。在它的中心附近,研究人员发现了一个火山口的遗迹,曾经充满熔岩湖的坍塌火山口。中间还有一些台地,形成弧形,勾勒出火山的圆锥形状。火山沉积物在几个地方被发现,研究指出火山周围涵盖着约5000平方公里的火山沉积物区域,火山的大小和周围地形的复杂性表明它活跃了很长一段时间。

诺克蒂斯火山周围的一些火山地形特征。(Lee & Shubham, 2024)
图说:诺克蒂斯火山周围的一些火山地形特征。(Lee & Shubham, 2024)

  更有趣的是,在火山一侧的底部,还发现了一大片充满水泡状土丘的区域。他们将其解释为一种被称为无根火山锥(Rootless cone)的火山地形特征。他们认为,当一层熔岩覆盖在富含水或冰的表面时,这些锥体可能会产生,这与冰川沉积物的存在一致。先前对该地区的分析表明,存在可能由熔融火山岩和冰川之间的化学反应形成的矿物质。无根火山锥也表现出类似的特征,意味着诺克蒂斯火山底下可能还埋藏着冰川,它们被一层火山岩保护着不被昇华。它之所以会变成现在的样子,很可能是因为长时间的热侵蚀、冰川侵蚀和地形抬升过程中破裂的结果。

  我们不知道火山表面之下正在发生什么事,最近的证据表明,火星的地质活动比我们想象的要活跃得多,不断有火山和地震的活动。如果它处于休眠状态,那么它可能仍然活跃,意味着地表下方可能潜藏着温暖,可能存在生命出现的条件。该团队在第55届月球与行星科学会议上发表了他们的研究结果。(编辑/台北天文馆吴典谚)

发布单位:台北市立天文科学教育馆 观赏方式:肉眼观赏 可拍照 ★★

  太阳在天球上沿着黄道运行,通过与天球赤道交会升交点的时刻称为春分。此时因太阳在天球上位于天球赤道,所以太阳光会直射地球表面上的赤道,也造成在春分这一天的日出方位几乎出现在正东方,日没方位几乎出现在正西方,而且昼、夜的时间长度几乎相等。

  观察陀螺转动时,自转轴会微幅摆动且同时沿着一圆形移动。地球在太空中自转时,也会出现相同情形,再加上地球南北极相对地球本身也会慢慢移动,与地球绕太阳公转轨道的些微变化,让产生地球上四季的春分、夏至、秋分、冬至的时刻,会有时间前后的改变。而今年的春分出现在3月20日11时06分24秒,是从1896年起算以来最早的春分时刻。下一次要遇到比今年更早的春分要等到2028年,发生时刻如下表所示:

西元 春分日期 时刻
1896年3月20日10时23分
2024年3月20日11时06分
2028年3月20日10时17分

  由于分布在太阳系行星轨道平面附近的尘埃粒子会反射太阳光,造成在日落后的西方、与日出前的东方天空,会出现从地平线沿着黄道向上伸展、如同薄雾的微光,称为黄道光。

看起来如同薄雾的黄道光,是由太阳系行星轨道平面附近的尘埃粒子反射太阳光所产生。
看起来如同薄雾的黄道光,是由太阳系行星轨道平面附近的尘埃粒子反射太阳光所产生。

  由于黄道光十分微弱,因此在春、秋分前后数星期,黄道较垂直于地面的时刻,且需在天气状况十分良好,几乎无光害的情况下,才较有机会欣赏由地平线起、如同薄雾般向上延伸的黄道光美景。(编辑/台北天文馆蔡承颖)

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家发现了1颗绕天王星运行的小卫星和2颗绕天王星运行的小卫星,这使他们已知的卫星数量分别达到16及28颗。

  天王星的新卫星是20多年来的新发现,可能是同类中最小的,直径只有8公里,绕天王星一圈需要680天;对比之下,火星的卫星火卫二(Deimos)直径13公里,也是太阳系中较小的卫星之一。根据卡内基科学研究所的新闻稿中提到,天王星的新卫星暂时被称为「S/2023 U1」,未来将以莎士比亚着作中的一个角色命名它。

  海王星两颗新卫星中较亮的那颗暂时命名为「S/2002 N5」,直径约为23公里,绕海王星一圈约需要9年;较暗的卫星,暂时被命名为「S/2021 N1」,直径约为14公里,每27年绕海王星一周,这两个海王星的新卫星将根据希腊神话中的海神和宁芙(又可翻译成仙女或精灵)相关神祇命名。

  国际天文学联合会小行星中心于2024年2月23日发布了这三颗新卫星的发现,这一发现是由卡内基科学中心的科学家Scott Sheppard与美国太空总署喷射推进实验室(JPL)的Marina Brozovic和Bob Jacobson、夏威夷大学的David Tholen、北亚利桑那大学的Chad Trujillo和日本近畿大学的Patryk Sofia Lykawa合作,利用夏威夷和智利的天文台发现的。

  研究人员在三到四个小时的时间里拍摄了一系列五分钟的曝光,这些短暂的闪烁图像后来被「分层」处理,这样新发现的卫星就能更清晰地显现出来。这三颗卫星的轨道都是蛋形的,高度倾斜于各自冰巨星的平面。这代表它们不是在原行星周围诞生的,而是后来被引力捕获的,其研究内容发表于Scott Sheppard他的个人网站及卡内基科学研究所官网。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Space.com

M33 30秒

M33 60秒

M33 120秒

 

  上面的图片分别为30s、60s、120s曝光时间的M33星系。可以看出,图像的信噪比在随着曝光时间的增加而变好。图片来源:本人拍摄

名词解释:

  信号:当来自遥远天体的光子经过望远镜的汇聚撞击到探测器中的某个像素时,光信号会被转换为电信号,并经过数字化后交由计算机进行处理。这个信号的强弱与像素接收到的光子数量和相机的增益相关。  

  增益(Gain):增益是指相机接受光子后产生的电子(e-)数,与该像素产生的计数(ADU)之比。若某相机在拍摄时的Gain设置为1,则意味着探测器每光电转换到1个电子,则该像素的亮度增加1个单位。

  噪声:在实际观测中,得到的数据$x(t)$是有用的信号$x_{s}(t)$与噪声$n(t)$的叠加。这些噪声来自于方方面面。

\begin{equation}
x(t)=x_{s}(t)+n(t)
\end{equation}

 

  CCD在拍摄时会产生多种类型的噪声。例如:

  • 偏置(Offset):将一定的偏移电压施加到CCD芯片上,以确保读出期间不会出现负计数,又称之为Bias。Bias与曝光时间无关,因此可以提前拍摄多张0曝光时间的图像并叠加得到相机的Bias图像。在图像处理时减去该Bias以去除该噪声。由于芯片上的偏置值存在微小变化,并且随着时间的推移,偏置电平也可能存在微小变化。

  • 热噪声(Dark):由于CCD中电子的热运动随机碰撞,产生的噪声,与温度有关。在现代CCD中,除了一小部分像素外,暗电流通常可以忽略不计。暗电流通常以电子/秒/像素为单位。常温下的热噪声不可忽略,但是CCD在制冷状态下,尤其是使用液氮制冷,则可以忽略。

  • 读出噪声(Readout Noise):读出噪声是在将像素中存储的电荷转移出相机过程中产生的噪声,一般与CCD读取速度有关。读取速度越快,噪声越大。读出噪声一般符合高斯分布。通过使用较长的读出速度可以减少该噪声。

  除此之外,由于背景天光的存在,也会对成像产生干扰,可以认为也是噪声。

 

  若某个源的亮度是恒定的,则探测到的信号也应该是恒定的。但是由于来自天体的信号进入CCD后产生光电子的过程可以看作是独立、均匀、连续的随机过程。所以光电子的数量会服从泊松分布(Poisson distribution)。泊松分布的期望值与方差相同,即:

\begin{equation}
\mu=\text{Var}(x)=\sigma^{2}
\end{equation}

  此处的标准差$\sigma$就可以认为是信号的不确定程度,即噪声

  而信噪比,则为信号与噪声的比值,即:

\begin{equation}
SNR=\frac{S}{N}=\frac{S}{\sqrt{S}}
\end{equation}

 从中不难看出,若想将信噪比提高1倍,则需要曝光时间延长为原来的4倍。

  而由于上文中所述的CCD本身和背景天光的噪声,所以天文测光中,总的噪声可以认为是:

\begin{equation}
\frac{S}{N}=\frac{N_{\star}}{\sqrt{N_{\star}+n_{\text{pix}}(N_{\text{sky}}+N_{\text{D}}+N_{\text{RD}}^{2})}}
\end{equation}

  其中:

  $N_{\star}$:从某个天体所接收到的总光子数

  $n_{\text{pix}}$该天体在传感器中所覆盖的像素数量。对于地基望远镜 $n_{\text{pix}}=\frac{ r^{2}}{\text{pixel size}}$,$r$是视宁度。

  $N_{\text{D}}$每个像素中的热电流(暗场)

  $N_{\text{sky}}$ 每个像素中来自天空背景的光子数

  $N_{\text{RD}}^{2}$每像素的读出噪声

  “在天文研究中,信噪比(SNR)大约3~5可以认为我们侦测到了某个天体,而SNR到了10左右可以做比较粗糙的测光(photometry),对SNR约100的目标测光就能取得相对误差1%的高品质亮度信息。”1

 

原文链接

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

  当从地球中心向外看,金星和土星的赤经经度相同时,称为「金星合土星」,通常是这两颗行星比较接近的时候。

  2024年3月22日上午10时,金星与土星将达到合的位置,两者间隔为21角分,但此时为白昼,想要看见两颗星必须在它们升起后至民用曙光之前,也就是5:10至5:30之间才能看见。

  2024年3月22日拂晓两者相距仅19角分,比两者合的瞬间还要更接近,观察此现象无需使用天文望远镜,仅需要利用肉眼即可。然而,虽然金星和土星都是太阳系中相当明亮的行星,但是此时的两颗星仰角极低,受到大气层及曙光干扰的情况下并不容易找寻,其中土星的搜寻尤为困难,透过较为明亮的金星来找到土星较为妥适,在曙光完全展露前,应选择东南方无遮蔽物处观赏为佳。(编辑/台北天文馆技佐许晋翊)

2024年3月22日拂晓5时20分左右,东方天空概况。
2024年3月22日拂晓5时20分左右,东方天空概况。以上示意图由Stellarium软体产生。