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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,开拓视野。

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恒星的光影魔术秀

2018-01-10 14:08:00

  满天的恒星中,很多都是双星。它们相互围绕着对方运转,或者围绕着相互的引力中心运转。当一颗恒星运行到另外一颗恒星前面的时候,就会带来光度的变化。这早已经成为天文学上的常识。这种恒星相互遮掩造成的天文现象称为“掩星”。

  科技进入新时代后,天文学家开始寻找日外行星。为了找到一个新的地外家园,他们将这种掩星观测技术引入其中。恒星与行星的关系也如同双星的关系:当一颗行星运行到恒星面前的时候,也会让恒星的光芒变得暗淡些许。虽然这种变化只有万分之一,但是新的观测技术已经能够发现这种变化。如果恒星的光芒变暗且有周期性,就可以判断它有行星。天文学家利用这种技术已经找到很多日外行星。

  在寻找日外行星的过程中,最卓有成效的是开普勒天文望远镜。这个望远镜从2009年开始工作,2013年因为故障停止了工作。但是,它却给我们留下了很多观测资料。两年后,天文学家从观测资料中发现了一颗特别的恒星。这颗恒星位于天鹅座,它的编号是KIC 8462852,距离我们1480光年,被称为“塔比星”。

  塔比星疑云

  恒星的光变曲线跟心电图差不多,弯弯曲曲很有规律。但是,塔比星的光变曲线很不正常。2011年3月,在塔比星的光变曲线上,天文学家观测到第 800 天附近有一个凹坑。这个凹坑先是缓慢变暗,然后飞快地变亮,完全不对称。另一个凹坑出现在1500天附近,也就是2013年2月,它也不对称。这两个巨坑,一个深达22%,另一个深达15%。这似乎告诉我们,它有两颗行星,这两颗行星都巨大无比。但这是不可能的,即使它有像木星那么大的行星,光度也仅仅该有1%的变化。更何况,塔比星的质量只比太阳大一点,为1.44倍的太阳质量,它不可能有太大的行星。

  但是有一点可以确认,一定有什么东西遮住了塔比星,这个东西还十分巨大,宽度可达这颗恒星本身的一半。

  是什么遮住了塔比星的光芒,又是什么与塔比星之间在进行一场光影魔术表演?这个看不见的东西引起了很多人的兴趣。他们猜测,这里存在拥有高度文明的外星人,外星人建造起来的庞大轨道工程挡住了塔比星的光芒,这种轨道工程叫做“戴森球”。

  这些拥有高度文明的外星人,为了得到更多的恒星的光,在太空建造了反光板(就像是我们的太阳能反光板),把恒星的光返回到行星上。外星人建造的反光板太多了,一个连着一个,就像是一个大圆球那样把行星包围起来。当然,也能把恒星和行星都包围起来,这样就能最大程度地收集恒星的光能。如果从我们的角度看,这样庞大的宇宙工程必然要挡住恒星的光,在恒星的光变曲线上留下一个个的凹坑。

  这种观点一经推出,立刻引起了一阵喧嚣,纷纷扬扬的报道接踵而至。人们惊呼,我们发现了外星文明。进入2017年5月,塔比星光变周期又开始了,它又引起了更多人的恐慌。世界上很多人都把望远镜对向这里,认为这里是寻找外星文明的最佳地点,全球大大小小的媒体也都在兴奋地聚焦于此。

  恒星“柱一”的光影魔术表演

  塔比星的周围究竟有什么,现在下结论还为时过早,但基本可以肯定不是戴森球这样的星际工程。如果有的话,那也只可能是一颗行星带着卫星,或者是一颗行星带着行星环。

  行星环可以很巨大,如果它处在星系的边缘,就会造成更大的光影变化,这种恒星的光影魔术表演,以前也曾上演过,但没有引起什么反响。一个最近的例子是2009年恒星“柱一”的光影魔术表演。

  柱一在御夫座,是一颗奇怪的恒星。1821年,一位德国的天文爱好者发现,柱一的亮度会下降。1848年,柱一发生了一次变暗。1876年,柱一再一次发生变暗。由此天文学家开始认识到,柱一每隔27.1年会发生一次这样的变暗过程,这个周期实在是难以想象的漫长。于是,这一现象引起了很多天文学家的关注。从1821年开始,天文学家便一直在关注柱一,但他们越是关注,就越迷惑。科学家试图为这种周期性的变化找到一种理论上的解释,但是柱一的光变周期并不是那么严格,比如在1955年开始的那次食变中,变暗和增亮的时间持续了4个多月。同时,它变暗的时间也增加到13个月。在1982年开始的食变中,它变暗的时间是15个月,而增亮的时间只持续了两个月。柱一如此的反复无常,它的光影魔术显得那么神奇。

  2009年12月,柱一的光影魔术又开始了。天文学家的观测工具已经取得了巨大的进步。他们将最好的观测设备都对准了柱一,期望有新的发现。至于天文爱好者,他们只能凑热闹,把自己的望远镜对着柱一,欣赏天空中最长的光影魔术表演而已。

  2010年4月,美国天文学家使用望远镜干涉技术,拍摄了柱一的光影照片。结合这些照片,他们得出了初步结论,认为:这是一个双星系统,柱一的质量相当于太阳的3.5倍。另一颗恒星的质量较小,但是却带着一个尘埃盘,这个尘埃盘是半透明的,因而它挡住柱一的时候,仍然可以看到柱一,只不过光线暗淡了一些。伴星的质量与尘埃盘的质量尚不能确定,因此也有更多的科学家认为,那颗看不到的伴星也许质量更大一些。

  这次,天文学家使用最先进的技术,在光变周期之后,总算是给柱一的光影魔术表演做出了一种还算合理的解释。

  像这样亮度改变较大的光影魔术表演,基本上都会有尘埃盘的参与,庞大的尘埃盘在其中扮演了重要角色。很多恒星都有尘埃盘,尤其是那些年轻的恒星,它们的尘埃盘是正在形成的行星系统,因此,这种光影魔术表演也就十分寻常。

  内外两个尘埃盘的长蛇座TW

  长蛇座TW距离我们比较近,仅有192光年,因此我们对它的研究就比较多。这颗恒星很年轻,仅有800万年,刚诞生不久,周围的行星还没有成型,正处在形成阶段。

  但这颗恒星的尘埃盘是面向我们,而不是侧向我们的,因此我们可以完整地看到这个尘埃盘的全貌。但是,这个环绕着恒星的尘埃盘很不正常,左右亮度不一致,而且还在变化中。随着时间的推移,这颗亮度不对称,结构看起来以逆时针方向在气体尘埃盘上移动的恒星,到了2016年,又重新回到了2000年图像中的位置。

  这也是一场光影魔术表演,只不过是一场很另类的光影魔术表演,充当背景大幕的光影从恒星上转移到了尘埃盘上。尘埃盘上暗淡的部分表明这不是盘面本身的特征。如果是的话,周期不会只有16年,它应该100年才能运转一圈,因而一定是有一个东西在这里投下了阴影。应该是一个影子在盘面上移动,就像是一个钟表的指针,以逆时针方向,每隔16年运转一圈。产生这个阴影的东西一定是在尘埃盘的内侧,所以才能遮挡住恒星的光。现在科学家结合射电波段的观测结果得出结论,在尘埃盘的内侧,还有一个尘埃盘。但这个尘埃盘倾斜了,跟外侧的尘埃盘不在同一个平面,它的一半在尘埃盘的下部,另一半则位于尘埃盘的上部。这个尘埃盘翘起的上部挡住了恒星的光,所以会在外侧的尘埃盘上留下阴影,并且这个阴影每隔16年运转一圈。

  层出不穷的光影魔术表演

  恒星离我们实在是太遥远了,那上面的一点光芒变动,之所以都能被我们的望远镜辨识出来,这得归功于天文观测技术的巨大进步。随着各种观测技术的迭代更新,我们还会发现各种各样的恒星系统,观看到更多精彩纷呈的光影魔术。

  试想一下,如果外星人从遥远的地方观测太阳系,“他们”也会发现这些奇幻的光影魔术表演。导致太阳系光影魔术出现的原因有很多,通常归结为以下两点:一是最外侧的柯伊伯带中的那些矮行星会导致太阳的光度变化;二是太阳系八大行星也会轮流遮挡住太阳。此外,小行星带还有几十万颗天体,它们的联合作用也会引起太阳光度出现某种变化。更有甚者,还有体积巨大,又带着众多卫星的木星,以及不仅带着众多卫星,而且还带着层层外环的土星,都会遮挡住太阳。它们的联合作用会让这些外星人根本找不到太阳的光变周期,一个周期被确定之后,随后又被另一个变化的周期否定,会弄得“他们”一头雾水,找不着北。

  塔比星的光度周期变化还没结束。它即使结束了,也不可能有定论。塔比星系可能是一个结构比较复杂的星系,跟太阳系的结构差不多,它的光影魔术表演也是多种因素导致的结果。因此,看恒星的光影魔术表演,我们不要惊慌,更不要以为找到了外星文明。今后,我们一定还会看到更加奇妙的恒星光影魔术表演。

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