錯過日環食?那來認識另類日食「凌日」吧!

日環食你看了嗎?如果錯過這次2020年6月21日的天文奇觀,下次要在台灣本島看到日環食,可得等到2215年了(希望到時獵人已經完結)。真的錯過也沒關係,除了去其他國家看之外,也可以用特別的方式來「看日食」喔!?

先說說,什麼是日食?

日食指的是月球運行至太陽和地球之間,遮住太陽光線的現象;如果月球剛好離地球較近,在部分地區就能看到月球將太陽完全遮住,稱為日全食;要是月球離地球較遠,以致看起來比較小,沒辦法將太陽全部掩蓋,看到的就是日環食。

圖中A(本影區)可看到日全食;B(偽本影區)可見日環食;C(半影區)能看到日偏食。(圖片來源

  • 編按:也歡迎觀賞我們的影片認識日食喔

而關於日食現象,經典漫畫《哆啦A夢》裡也曾出現過探討。在〈迷你實物大百科〉故事中,主角大雄的爸爸向其解釋日食的原理之後,大雄追問一句:「月球比太陽小很多吧?」然後畫下僅在中心處被月球遮住的太陽圖像。

(圖片來源:哆啦A夢大合輯第10集)

從物理的角度來看,大雄完全抓到問題的核心:日全食、日環食、還是(像大雄畫的)太陽僅被遮掩一小塊區域,在本質上並沒有太大不同,只取決於地球和太陽之間的天體大小,和其距離地球的遠近。

另類的「日食」:水星和金星的凌日

事實上,可不是只有月球會擋住太陽;比地球更靠近太陽的水星和金星,同樣可能跑到太陽和地球之間,遮擋太陽發至地球的光線――稱為水星凌日和金星凌日。只不過,水星和金星不但比太陽小得多,也比月球距離地球更遠,看上去就真的如同大雄所描述,太陽只被遮住一小點而已。

最近一次水星凌日的照片(2019年11月11日),可見到水星在畫面中僅為一個黑點。下次水星凌日則是在2032年。 Credit: (NASA/Joel Kowsky)

相較於水星凌日平均每世紀出現13到14次,金星凌日就稀少得多。上次金星凌日是在2012年,也是二十一世紀最後一次;下次再看到金星凌日,可是2117年了。不僅如此,水星和金星還可能同時凌日,但極為罕見,人類有史以來尚不曾發生過,下一次同時凌日則會在西元69163年,有興趣的朋友千萬別錯過!

  • NASA的金星凌日記錄影片

系外行星的「日食」:凌日光度測定法

日食或凌日並非只會發生在太陽身上;對於遙遠的其他恆星,同樣存在類似的現象:從地球看過去,當系外行星[1]從母恆星前方通過,短暫遮住恆星的部分光芒,我們觀測到的恆星亮度就會稍微減弱――利用這個特性,如果發現某恆星的亮度會週期性地變暗,那便有很大機率代表系外行星的存在。

只不過,上述方法有一些先天的限制;例如,系外行星的軌道要是不經過地球和母恆星之間,就沒辦法觀測。再者,若該系外行星越大、越接近母恆星,顯然對母恆星的亮度影響會越大;這也使得早期利用凌日光度測定法(Transit photometry)發現的系外行星,多屬極度接近母恆星的氣體巨行星,稱為熱木星[2]。然而,隨著觀測技術的進步,已經有更多不同種類的系外行星被發現――這一切很大程度要歸功於克卜勒太空望遠鏡(Kepler Space Telescope)。

克卜勒太空望遠鏡首度發現的五顆系外行星在凌日的時候,對其母恆星造成的亮度變化比較。(圖片來源

觀察凌日的好夥伴:克卜勒太空望遠鏡

克卜勒太空望遠鏡是美國國家航空暨太空總署(NASA)發展的計畫,其設計目的是為了尋找約莫地球大小、位於適居帶[3]的系外行星,進而調查銀河系中,恆星擁有行星的比例。克卜勒太空望遠鏡尋找系外行星的方法,就是凌日法,也使得凌日法成為目前發現最多系外行星的方法。

至2020年3月5日為止,不同的系外行星觀測法發現的系外行星數目比較。橫軸為年份,縱軸為發現的系外行星數目。綠色即代表凌日法。(圖片來源

克卜勒太空望遠鏡於2009年升空運作,並於2018年退休;九年多的日子裡,一共觀察了530506顆恆星,發現2662顆系外行星,佔了至今已確認的系外行星總數六成以上。

2013年,因為相繼失去四個反作用輪中的兩個,觀測方向受到很大限制,克卜勒太空望遠鏡被迫停止十五萬個恆星的持續追蹤工作,僅能以推進器和剩餘的反作用輪有限度地調整望遠鏡方位,執行替代計畫。在這個階段,除了系外行星之外,其他天體也在觀測之列。總的來說,克卜勒太空望遠鏡不但在尋找系外行星上居功厥偉,對於我們理解行星系的構造和多樣性,同樣功不可沒。

克卜勒太空望遠鏡(圖片來源

台灣命名的系外行星

長久以來,科學家一直疑惑,太陽之外的其他恆星,是否也擁有自己的行星呢?如果有,那些系外行星跟太陽系的行星類似嗎?又有多少比例的恆星擁有自己的行星呢?無奈受限於觀測技術,我們無從解答這些疑問。

直到上個世紀80年代末、90年代初,才陸續有系外行星的觀測證據出現。後來,瑞士日內瓦大學的天文學家梅爾(Michel Mayor)和奎洛茲(Didier Queloz)於1995年首度發現繞行主序星[4](飛馬座51)的系外行星(飛馬座51b)[5];在那之後,學界對系外行星的認知突飛猛進,也有越來越多的系外行星被發現。在可見的將來,說不定還能從系外行星的大氣組成判斷生命存在的可能性呢?人類在宇宙中是否孤單地存在,也有機會得到解答。

而在台灣方面,2019年12月,慶祝國際天文聯合會成立一百週年的系外行星命名活動中,因為清華大學江瑛貴教授的協助,台灣民眾成功命名了恆星HD 100655為「麗(Formosa)」,以及其行星HD100655b為「水沙連(Sazum)」。這一對恆星及行星,將帶著與台灣文化深切相關的名字,持續在宇宙中運行下去。

註釋

  • [1] 即太陽系之外的行星,不繞行我們的太陽運轉。
  • [2] 此類行星如同木星為氣體巨行星,但又非常靠近母恆星以致溫度極高,固有此稱呼。
  • [3] 指行星系中,行星表面得以存在液態水的軌道範圍區間。
  • [4] 指恆星進行氫核融合反應,處於其生命活躍期的階段。
  • [5] 兩人因此獲頒2019年的諾貝爾物理學獎。

參考資料


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關於作者

科學大抖宅

在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」

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