2015年7月,新视野号作为第一个飞掠冥王星的探测机器人创造了历史。2018年12月31号,当美国航天局让其飞掠柯伊伯带天体(Kuiper belt object,简称KBO)时,它又成为了第一个探索此地的飞行器。这个地方自此被命名为阿洛克斯(Arrokoth)。
现在,在太阳系边缘的新视野号依然不断带给我们一些令我们眼前一亮的宇宙美景。比如,地球上的我们曾认为星星的位置是固定的。从某种意义上讲的确如此,因为从我们的角度上来看,星星所处位置和运动模式是相对统一的。但新视野团队进行的试验向我们展示了,从太阳系边缘观察我们很熟悉的[半人马]比邻星(Proxima Centauri)和沃尔夫359(Wolf 359)星系时,它们看起来有何不同。
人们在[半人马]比邻星(左)和沃尔夫359(右)中观察到的变化。(美国航天局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室)
位于狮子座的沃尔夫359是一颗距地球约7.9光年的M型红矮星(M-type red dwarf)。它离太阳划过天空的轨迹(即黄道,ecliptic)很近,人们只要用望远镜沿着该轨迹观察就能找到它。如果你是《星际迷航》的粉丝,你也许认识这个名字,因为与博格人的大战就发生在这儿(你别装不知道!)。
使用新视野号航天器进行视差测量(parallax measurement)。
反观[半人马]比邻星,人们对这里可能很熟悉。这颗红矮星是半人马座阿尔法星三星系统(Alpha Centauri triple star system)的一部分,也是离太阳最近的恒星(距我们 4.24 光年)。2016年,一个被称为比邻星 b (Proxima b)的石头(又名类地)世界正是在这里被发现,它是距离太阳系最近的行星(也是离我们最近的潜在宜居行星!)。
除了巴纳德星(Barnard's Star)和屈指可数的几颗褐矮星(brown dwarfs)外,这个双恒星系统(two star systems)是离我们最近的恒星邻居。当新视野号在离地球约 70 亿公里(43 亿英里;46.76 天文单位)的地方拍摄这些恒星的图像时,它们的位置看起来与我们过去认知中的位置大不相同。正因此,新视野团队决定利用这个机会进行视差测量。
为了查明在以更远的物体为参照物时恒星所在的位置是否会有偏移,科学家们通过视差测量技术在两个不同位置测量同一恒星的相对位置。近两个世纪以来,天文学家一直使用这种技术来测量与附近恒星的距离。
天文学家一直依靠地球自身的轨道运动来确定这些距离。由于地球轨道的直径约为 3 亿公里(1.86 亿英里),因此最佳观察点在一年中会发生很大变化。
但以更远的距离和地球轨道作为 “基准”,天文学家可以进行更大范围的视差测量。基于新视野号目前与地球的距离,其任务团队和 美国航天局决定进行该测量,并且邀请公众参加。
美国国家科学基金会((National Science Foundation)的国家光红外天文研究实验室(National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory,简称NOIRLab)的天文学家和研究员托德·劳尔 (Tod Lauer)也是新视野号科学团队的成员。正如他与《今日宇宙》通过电邮联系时所言:
“新视野号正在远离家乡熟悉的天空。它看到星星的排布方式随着时间的流逝变得越来越陌生。我们不会以这种方式进行视差测量。我们主要是想了解我们是如何观察环绕着我们宇宙的,以及离开地球后视野会产生什么变化。”
作为视差测量项目中的一部分,新视野号航天器分别于 4月22日和23日拍摄了 [半人马]比邻星和沃尔夫359 的图像。然后,天文台工作人员和民间天文学家将这些图像与同一天从地球拍摄的上述恒星相应的图像相结合。结合以上信息,人们得到了一个创纪录的基于视差测量绘制而成的3D星图。
上述任务由多位天文学家完成,包括操作了位于澳大利亚赛丁泉天文台(the Siding Spring Observatory )遥控望远镜的来自拉斯昆布天文台(Las Cumbre Observatory)的天文学家。来自路易斯维尔大学(University of Louisville)的天文学家约翰·克里克福(John Kielkopf )和来自哈佛-史密森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ,简称CfA)的凯伦·科林斯(Karen Collins)在亚利桑那州莱蒙天文台(Mt. Lemmon Observatory,Arizona)也用遥控望远镜拍摄了照片。
当我们的视角改变时,沃尔夫的位置发生了变化。(美国宇航局/约翰·霍普金斯大学应用物理实验室)
“专业和业余天文学界一直在等待这个机会,他们很高兴自己也能创造历史,为太空探索抛砖引玉”。劳尔在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory ,JHUAPL)的声明中称,“当新视野号观察比邻星和沃尔夫359 时,在地球上收集到的图像确实超出了我的预期。”
除了上面展示的由约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (JHUAPL)提供并发布的图片,完整的图集(包括 3D 图像)也可在该任务的官网上下载。为方便没有3D 眼镜的人观看,网站提供了立体图像和通过内斜视(即,对眼)可见的立体图像,并将其并排放置。只需按照说明操作,没有3D眼镜的人也可看到立体效果。
为了创建 3D 图像,来自美国西南研究所(Southwest Research Institute ,简称SwRI) 的新视野号任务的副项目科学家约翰·斯潘塞(John Spencer)和科学团队合作成员布莱恩·梅(Brian May)也加入了劳尔博士的团队。
传奇摇滚乐队“女王”的粉丝应该能马上认出布莱恩·梅这个名字,因为他是乐队的首席吉他手。梅不仅是吉他手,他也是一位天体物理学家和立体成像爱好者,他的才华在这次实验中发挥了重要作用。正如他所言:
“可以说,美国宇航局的新视野号团队在天体立体透视领域,即天文物体的 3D 图像领域,处于领先地位。该技术已为我们提供了冥王星和遥远的柯伊伯带天体中阿洛克斯(Arrokoth,Kuiper Belt object)的令人震惊的立体图像。
但最新的新视野号立体图像实验打破了所有记录。被业余天文学家和科幻小说爱好者所熟知的恒星 [半人马]比邻星和沃尔夫359 的照片采用了 180 年来立体图像所能达到的最大视距!”
另一个令人印象深刻的成就是上述技术对星球定位的影响。纵观历史,地球上的人们一直用恒星间的距离来确定它们的位置。例如,古代波利尼西亚水手在星星指引下行船,这使他们定居地遍布整个南太平洋。在距离我们更近的时代,阿拉伯和欧洲的水手依靠星盘和六分仪规划航线。
在不久的将来,星际导航员可以使用新视野号刚刚展示出的技术来确定其在银河系中的位置。目前,航天器依靠美国航天局的深空探测网(Deep Space Network)所提供的准确得多的无线电跟踪技术进行定位。尽管如此,使用恒星(特别是脉冲星)在太空中导航可能是未来探索银河系的首选方法。
美国西南研究院 (SwRI) 新视野号首席研究员艾伦·斯特恩 (Alan Stern) 称赞了任务的成果:
“我们可以说新视野号正在眺望陌生的星空,这与我们在地球上看到的不同。这让我们做到了一些前无古人的事——它让我们看到,在地球上观察到的离我们最近的恒星在天空中的位置出现明显变化。”
截至 2020 年 6 月 14 日,新视野号在太空中共停留了大约 5,230 天——14 年零 4 个月。换言之,它已经在地球和太阳之间往返了超过46次(即46.61 个天文单位)。
太空探索历史上只有为数不多的几个任务比新视野号走得更远,它们是先锋 十号和 十一号 ,以及航海者一号和二号。目前,航海者一号和二号正在(或最终将)在星际空间中执行任务。
届时,新视野号将加入他们的行列,它有望揭示更多关于宇宙和我们太阳系的奥秘!
这篇文章由今日宇宙首次发表。
BY: MATT WILLIAMS
FY: 忆染
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