迈克·克雷特洛(Mike Kretlow)仔细计划了好几天,从德国飞到纳米比亚,然后开车进入南非,前往卡拉哈里沙漠。所有这一切都是为了寻找晴朗的天空,寻找一个短暂的约定,一个罕见的天体排列,只有在那个绝对离网的有利位置才能看到。云的毯子几乎毁了他的旅行,但运气占了上风:很少有空闲时间,Kretlow闯入开放天空,相信一些当地人让他建立他的望远镜在他们的财产,看着小世界夸欧尔称为太阳系的边缘通过前面的一个明星,浸渍恒星的光仅两分钟。“活动前几个小时,我发现了一个农场,天气很好,”他说。“终于在最后一刻奏效了。”
克雷特洛是一名计算机科学家,后来成为一名业余天文学家,他是全球越来越多研究恒星掩星现象的人之一。从小行星到彗星再到行星,我们太阳系的天体会在这些时刻遮蔽背景恒星,将阴影投射到地球上的某些位置。与日食或月食不同的是,这些较为温和的现象通常仅通过望远镜就能观测到,它们以恒星的形式短暂地闪烁在视野之外。根据日蚀天体的大小,掩星可以持续几秒到几分钟,但收集到的信息具有持久的价值。除了发射宇宙飞船进行直接侦察外,没有任何其他技术能如此精确地确定太阳系遥远地区小天体的大小和形状。追逐神秘的天文学家偶尔也会发现一些真正的奇迹,比如围绕小行星查理克罗和天王星的环形系统,以及矮行星冥王星稀薄的大气层。
掩星科学并不新鲜,它的使用可以追溯到20世纪50年代末。但在过去几年里,由于照相机技术的进步、更便宜的消费望远镜,以及最重要的欧洲航天局(European Space Agency)的盖亚(Gaia)星图绘制飞船,它突然蓬勃发展起来。Gaia于2013年发射,目前正忙于监测银河系中超过10亿颗恒星的位置和运动,为掩星科学创造了一个宝贵的数据宝库,使每年预测的事件数量从几十个增加到数百个。法国蔚蓝海岸天文台的Paolo Tanga说:“我们正处于掩星科学的最佳时期。”“人们正在意识到这一点。”
所提供的科学是巨大的。掩星可以用来研究火星和木星之间的小行星,以及柯伊伯带天体(KBOs),它们在太阳系外的海王星轨道之外漂移。它们主要揭示了已知天体的更精细的细节,精确地确定了它们的大小、形状和亮度,以至于观测者可以准确地看到冥王星附近天体上山脉和火山口的轮廓。但是,现在在盖亚数据的指导下,天文学家们越来越多地使用掩星来发现新天体,日本国家天文台的一个观察小组在1月份宣布,对2000颗恒星进行的60个小时的观测得出的KBO直径只有1.3公里,是迄今为止发现的最小的KBO。
通过国际掩星计时协会(International Occultation Timing Association, IOTA)等组织,这一领域见证了专业和业余天文学家之间的良好合作关系。IOTA拥有数百名会员。全球观测者网络对于捕捉掩星阴影至关重要,因为掩星阴影在数万平方公里到数千平方公里的地形上传播得太快。任何一个给定的天体,如果它穿越一个恒星丰富的背景,每年可能会出现多达三次的掩星现象;如果它的轨道将其置于银河系星系团组成的银河平面之外,每年可能会出现一次掩星现象。“在盖亚之前,我们受到预测的限制,”布鲁诺·西卡迪(Bruno Sicardy)说。他来自巴黎天文台(Paris Observatory),负责欧洲研究理事会(European Research Council)的“幸运星”(Lucky Star)观测掩星项目。“现在我们人手有限。有那么多(神秘)!”
这项技术最引人注目的成功可以说是在2017年,当时业余和专业天文学家结合起来,对2014年MU69的大小和形状进行了非常精确的测量。数十架望远镜监测了这一事件,其中包括美国国家航空航天局(NASA)的索非亚飞行天文台(SOFIA flying observatory)。掩星本身只持续了两秒钟,但它为未来几年设定了新地平线号的航向——如果没有它,宇宙飞船就不会冒险如此近距离飞越MU69,因为它担心与任何未被发现的卫星、光环或其他碎片相撞。“MU69对索菲亚来说是最具挑战性的一次飞行,”NASA艾姆斯研究中心的天文学家金伯利·恩尼可·史密斯(Kimberly Ennico Smith)说。“要得到测量结果,我们需要飞到距离阴影10公里以内的地球上的一个特定点,并且距离目标点不到1秒。”
今天,该领域的发展速度比以往任何时候都要快,令人兴奋的新能力即将出现。例如,SETI研究所的弗兰克·马其斯(Franck Marchis)帮助开发了一种名为eVscope的自动化望远镜,业余爱好者可以用它在发出警报时方便地观测掩星。西南研究所(Southwest Research Institute)的西卡迪(Sicardy)和马克?布伊(Marc Buie)等天文学家正在利用业余的“公民科学家”团队来解决太阳系悬而未决的谜团。比如说,像查理克罗这样的物体周围的环是常态吗?大多数小天体是单独围绕太阳运行,还是作为双星对的一部分?回答这些问题可能会让我们对太阳系在45亿年前是如何形成的有新的认识。“我对有多少二进制对象非常感兴趣,”Buie说。“在一定范围内,大约100到150公里的范围内,它们都有可能是双星。”
不幸的是,这个即将到来的掩星黄金时代可能会有一个结束的日子。20年内,随着盖亚星目录上的恒星继续它们在银河系中的旅程,它们已知位置的准确性将慢慢降低,降低它们预测天体阴影将在何时何地落下的效力。“最终我们将回到盖亚之前的状态,然后我们将无法再做这样的预测,”Buie说。然而,盖亚可能只是未来许多绘制更广阔的银河系恒星地图的任务中的第一个。“已经有人梦想着盖亚2号了,”唐加说。在那之前,天文学家们正在充分利用盖亚的财富。
今年天文学家已经确定了一些看起来特别有希望的掩星事件。3月,小行星433 Eros的一次掩星将在整个北美可见;10月,小行星3200 Phaethon的一次掩星也将引起人们的兴奋。至于克雷特罗,他正忙着准备他的下一次旅行,去看另一个夸奥的影子——这次是在智利,时间是7月,他再一次看到了来自遥远的幸运星的短暂的影子。
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