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掩星觀測顯示鬩神星和冥王星大小幾乎相等

2011/11/03 | | 標籤:

天文學家利用鬩神星掩星的方式,精確測量鬩神星的直徑,結果發現鬩神星的直徑幾乎與冥王星相同;這個結果同時暗示鬩神星的表面反照率比預期還高,很可能在其表面佈滿了均勻的薄冰層。相關論文發表在自然(Nature)期刊中。

鬩神星是太陽系目前已知的5顆矮行星之一,發現至今,一度認為其直徑比冥王星大,而讓天文學決定新增一個分類–矮行星,且造成冥王星被從行星改分類為矮行星的關鍵因素。當鬩神星從某顆遙遠恆星的前方通過時,會掩蓋星光,天文學家可以根據掩星時間長短來精確測定鬩神星的直徑;這是天文學家用以測定遙遠太陽系天體直徑的方法中最精確的,而且常常是唯一的方式。此外,如果多點同時觀測,綜合各地觀測結果後,可估算出這些遙遠天體的大致形狀。

由於鬩神星體積不大,而且又很遙遠,在天空中的移動速度緩慢,所以鬩神星掩星事件相當稀少且觀測難度高;下一場鬩神星掩星事件得等到2013年呢!這場鬩神星掩星事件發生於2010年11月,由於機會難得,由法國、比利時、西班牙和巴西等國的天文學家組成一個聯合團隊,在掩星事件發生前就開始小心地計畫觀測事宜,全球總觀測點則多達26處,多半沿著預測的掩星帶分佈,其中包含一些業餘天文台。

This diagram shows the path of a faint star during the occultation of the dwarf planet Eris in November 2010. Two sites in South America saw the faint star briefly disappear as its light was blocked by Eris and another recorded no change in brightness. Studies of where the event was seen, and for how long, have allowed astronomers to measure the size of Eris accurately for the first time. Surprisingly, they find it to be almost exactly the same size as Pluto and that it has a very reflective surface. Credit: ESO/L. Calcada   而專業天文台中,有2處位在南美智利;Bruno Sicardy等人利用歐南天文台(ESO)La Silla觀測站的0.6米比利時TRAPPIST望遠鏡(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope)進行觀測,這是La Silla最新設置的自動望遠鏡;而另一處阿卡塔瑪的聖佩卓( San Pedro de Atacama)則有兩座望遠鏡加入觀測。而在掩星之前,天文學家已經用同樣在La Silla的2.2米MPG/ESO望遠鏡確認過將被鬩神星掩過的這顆昏暗恆星。這3座望遠鏡都記錄到鬩神星掩星瞬間,恆星亮度突然下降的現象。將智利這兩處的觀測資料整合後,發現鬩神星的形狀非常幾近正球形,沒有過於龐大的山脈將此天體拉到變形。

先前利用其他方式觀測鬩神星直徑,顯示鬩神星的直徑約比冥王星大25%,接近3000公里。但利用掩星方式測得的新結果則僅約2326公里,誤差僅±12公里。這個數值與冥王星直徑約2300~2400公里相當。冥王星的直徑比較不易測量,是因為冥王星具有薄薄的大氣層,讓掩星過程中,冥王星邊緣顯得有點模糊所致。

天文學家先前也曾利用鬩神星的衛星鬩衛一(Dysnomia)來估算鬩神星的質量,得出1.66×1022 kg,約比冥王星重27%,但僅及月球的22%而已。綜合直徑與質量資料後,得出鬩神星的平均密度約為2.52g/cm3,雖比月球的3.3g/cm3低,但仍顯示鬩神星很可能是一個龐大的岩質天體,其中核心處佔了約85%的是岩石,而在最外層約100公里厚的是佔了剩餘15%的水冰。

此外,鬩神星的表面反照率(反射太陽光的比例)高達0.96,換言之,每100%的陽光照射到鬩神星之後,有多達96%的陽光會被反射回太空。這個反射率比地球的雪面反射率還高,讓鬩神星和土衛二(Enceladus)一起成為太陽系中反照率最高的天體。相較之下,月球表面反照率低達0.136,和煤炭差不多。

從光譜觀測已知鬩神星表面富含氮與甲烷等成分,因此這些天文學家猜想:鬩神星表面反照率之所以這麼高,很可能是因為表面覆蓋一層富含氮冰和甲烷冰的冰層,但冰層極薄,僅約幾毫米厚而已,應是鬩神星沿著其狹長的軌道遠離太陽時,所接收到的太陽光熱愈來愈少、愈來愈冷,稀薄大氣中的氮和甲烷等成分因而在鬩神星表面凝固成霜的結果,與其下方100公里厚的水冰層不同。天文學家估計,當鬩神星未來再度沿著軌道逐漸接近太陽到近日點附近時,離太陽僅約57億公里,此時表面這些凍霜就有機會昇華成氣體,重新變成大氣的一部份。

這個新觀測結果也讓這些研究團隊有機會測得鬩神星的表面溫度。估計結果顯示鬩神星表面僅約攝氏零下238度,在鬩神星背對太陽的夜晚面應該比這個溫度更低。

利用小望遠鏡,經由掩星方式,就可以獲得這麼多這顆矮行星的訊息,讓這些天文學家喜出望外。Sicardy說道:在矮行星被定義出來5年後的這時,我們才終於有機會能進一步瞭解其中一個矮行星成員了。

資料來源:Faraway Eris is Pluto’s Twin[2011.10.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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