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宇宙中最劇烈的爆炸來自強磁場星球?!

臺北天文館_96
・2013/10/22 ・1479字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

NWS_20131017_NEW_016_29301333_I1極亮超新星(super-luminous supernova)是近年來發現的新型爆發現象,比一般超新星(supernova)亮十到百倍,但究竟是什麼物理機制造成如此璀璨的亮度,目前科學界還沒有定論。由英國貝爾法斯特女王大學(Queen’s University Belfast)領導的跨國合作團隊,認為極亮超新星的能量來源,極可能是磁星(magnetar):一種擁有強烈磁場且一秒內旋轉數百次的快速自轉中子星(neutron star)。該團隊今日在國際知名期刊《自然》(Nature)上,發表了這份重要研究。

超新星是巨質量恆星演化到末期時的劇烈爆炸現象,經由爆發將產生的重元素拋入星際空間中,這些元素豐富了宇宙的化學組成,更組成了你我,或許這就是我們這麼熱切地尋找這些珍貴爆發的契機。當然,還有一個更重要的原因,就是它們很明亮—比太陽亮數十億倍,因此很多業餘天文學家用小型望遠鏡即可投入尋找超新星的行列,他們監測很多鄰近星系,夜復一夜,將新取得的影像與舊的影像對減,並通報給國際天文聯合會(IAU)可能的超新星候選者。

近幾年來,全世界大型的巡天計畫如火如荼地展開對全天空的監測,其中,座落於夏威夷Haleakala山,擁有全世界最大的數位相機的泛星(Pan-STARRS)計畫,其單幅曝光影像的範圍相當於35倍滿月的面積,對尋找超新星有驚人的貢獻,平均每年可以發現超過百顆超新星。泛星計畫屏除了傳統超新星巡天的選擇效應,並非針對單一的高表面亮度或漩渦星系逐一搜尋,而是進行無偏差的全天監測,因此發現了這種全新類型的極亮超新星,其偏好在矮星系(dwarf galaxy)環境中產生,也是傳統巡天策略下,不易偵測的部分。

一些理論物理學家認為,這類超新星的爆發來自於宇宙中質量最大的恆星,演化到生命終點時,產生類似原子彈的爆炸,這個原子彈有如三千萬倍的地球大小、或一百倍太陽質量,將整個恆星炸得粉身碎骨,也就是所謂的不穩定對超新星(pair-instability supernova)。貝爾法斯特女王大學帶領的國際合作團隊,利用泛星計畫望遠鏡與其他世界各地的大型天文台,追蹤觀察兩顆極亮超新星的光度變化情況,取得超過一年的完整觀測資料。然而,根據收集到的寶貴資料,並不支持上述超巨質量恆星的假設,研究團隊提出快速自轉的磁星模型,更能解釋極亮超新星現象。

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該論文第一作者Matt Nicholl解釋:「我們知道當巨質量恆星演化到生命末期時,它的外層劇烈拋出成為超新星,而中間核心則塌縮成中子星。中子星是一種質量相當於太陽,但體積卻僅有數十公里的高密度天體。我們認為,在一些條件下,有些中子星擁有非常強烈的磁場,並且自轉非常快速,一秒鐘可旋轉三百次。當其自轉減速時,將轉動的能量經由磁場轉移給超新星,造成其比一般超新星明亮。此理論模型吻合我們所觀測到的資料。」

其指導教授、團隊主持人Stephen Smartt教授補充道:「極亮超新星真是很特殊的超新星!正因它們如此明亮,我們可以利用它們來當作照亮遙遠宇宙的火炬。光以等速在空間中旅行,也就是說當我們看得越遠,就是看到越久遠的過去。藉由了解這些炫目的爆發過程,我們可以探查宇宙剛誕生不久後的樣貌。我們的目標是在早期宇宙尋找這類超新星,偵測第一代恆星的形成,並了解它們如何產生宇宙中第一代的化學元素。」

 

欲參閱發表在自然期刊的論文,請點選連結:

Nicholl, M., et al. “Slowly fading super-luminous supernovae that are not pair-instability explosions.Nature 502.7471 (2013): 346-349.

無法下載者請參考:astro-ph

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發稿單位:英國貝爾法斯特女王大學(經原作者同意轉譯)
編譯者:陳婷琬(該篇「自然」期刊論文的共同作者,現為英國貝爾法斯特女王大學博士候選人)

資料來源:Queen’s University Belfast scientists solve riddle of brightest exploding stars in the universe[2013.10.17]

轉載自網路天文館

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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宇宙「新」光──新星、超新星與千級新星
全國大學天文社聯盟
・2022/03/30 ・4272字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 文/語星葉,與一隻米克斯黑狗簡單地生活在新竹,正在努力成為天文學家。

看星星,是大多數人接觸天文的契機。現今,看見滿天星斗對於被光害荼毒的都市人而言是一種奢侈,相較於古時夜無燈火,總有許多靜謐無光的夜晚,能讓人們一同仰望星空,思索空中的奧秘。多數星星安靜地閃爍,被人類賦予神話故事,成了現在為人所知的「星座」。另外,有少數幾顆不安分地移動著,它們的移動方式看似有規則,有時候卻會逆行,這些在天空中漫遊的星星,我們就稱之為「行星」 。

在極少數的情況,我們會發現過去未曾注意到的星點,猶如初來乍到的旅客,古時中國稱之為「客星」 [註一]。現在我們知道,這些看似新生的星,實則氣數已盡。利用強大的各波段望遠鏡,人類偵測到大量「新」光,並提出多種機制來解釋星光快速且劇烈改變的現象。

本文將介紹 3+1 種天文現象,分別為「新星(Nova)」、「超新星(Supernova)」和「極亮超新星(Superluminous supernova / Hypernova)」,以及「千級新星(Kilonova)」。前兩者的觀測歷史源遠流長,後兩者則歸功於現代發達的觀測技術,才讓我們得以一探究竟。

蟹狀星雲,古時中國稱之為天關客星,為西元 1054 年的超新星爆炸殘骸。圖/NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

新星:我可一點都不年輕!

新星(Nova)來自拉丁文,有 「new」 之意。過去,人們仰望寧靜無波(一成不變)的星空時,若是偶然發現從未見過的星星,便稱之為「新星」。但如今我們知道,新星其實不是剛誕生的星,而是古老的小質量恆星,會在它們的生命終章──白矮星時期,突然變得異常明亮。

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白矮星是小質量恆星死亡後的產物,緻密、溫度高,但亮度低,平常不易觀測。一般而言,白矮星是非常穩定的天體,但如果身邊有個伴,情況就不同了。若是白矮星和伴星互繞的距離過近,使得伴星的氫被吸向白矮星表面,並在其表面點燃核融合反應,產生劇烈的光度變化,讓白矮星成為用肉眼可見的「新星」。

近年,天文學家發現,新星的出現經常伴隨強烈的伽瑪射線,推測是來自新星爆發時產生的衝擊波。後續研究指出,新星的高光度也是以衝擊波作用為主,而不是來自表面的核融合反應,打破了以往既有的觀點。

藝術家繪製的假想圖。右側的白矮星吸走左側伴星的氫,成為亮度極高的新星。圖/NASA/M.Weiss

超新星──宇宙中的燦爛花火

超新星(Supernova)顧名思義是新星的 Super 版,比「新星」更亮的星星──天文名詞總是取得如此淺顯易懂。超新星的光度遠超越新星,其形成機制也有所不同。

目前科學界認為超新星有兩種不同的形成機制,分別為「熱核超新星(Thermonuclear supernova)」與「核心塌縮超新星(Core-collapse supernova)」。

「熱核超新星(Thermonuclear supernova)」前身和新星一樣是白矮星,差別在於熱核超新星爆炸極具毀滅性。當白矮星的質量增加到「錢德拉賽卡極限(Chanfrasekhar limit)」,也就是臨界值時,引爆其核心的碳元素將劇烈爆炸,將使白矮星灰飛湮滅。質量增加是因為白矮星身邊有個伴,可能是兩個白矮星白頭偕老、最終合併,也可能和新星一樣是老少配,然後白矮星吸走年輕伴星的表面物質。但究竟是哪種配對導致熱核超新星爆炸,天文學家還在熱議。

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「核心塌縮超新星(Core-collapse supernova)」則來自大質量恆星核心塌縮後造成的熱壓爆炸。當大質量恆星的核心燃料用罄,無法支撐極強的重力而塌縮時,就會產生巨量的熱能,並向外爆發。整個過程僅以秒計。爆發後,周圍形成漂亮的超新星殘骸,核心則塌縮成中子星或黑洞。

值得一提的是,超新星是少數能夠串聯古今天文學的研究領域。歷史上數個著名的超新星爆發事件,在世界各地的文明史料中皆能發現記錄。目前推測人類文明見過最亮的超新星事件是 SN1006(西元 1006 年),最亮時甚至比啟明更亮 [註二],即使在白天仍可用肉眼看見,而且持續長達數星期。著名的梅西爾天體 M1(蟹狀星雲)也是超新星爆炸後的殘骸,自 1054 年的超新星爆發中產生,相關記錄散見史冊,而且至今仍是天文界炙手可熱的研究對象。

蟹狀星雲之心。 圖/NASA and ESA

+1 的部分:極亮超新星

現代觀測技術的進步使超新星事件變得常見,有多部自動望遠鏡凝視著宇宙虛空,在星際間搜尋著超新星的亮光,這類計畫稱為巡天(Survey)計畫。在眾多的觀測數據中,天文學家注意到一類特別明亮的「極亮超新星」(令人不禁想吐槽天文學家如此單純的命名邏輯),這些超新星比一般情況亮了 2 個數量級以上,並且非常罕見。

到 2017 年止,人類僅觀測到約 100 顆極亮超新星。由於數據過少,天文學家對其形成機制的想像可謂瞎子摸象、暫無定論,目前仍歸類為超新星。那麼,極亮超新星究竟是超新星的超級版,抑或是來自不同的形成機制,唯有持續探向更遙遠無垠的古老宇宙,才有機會揭發這個謎團了。

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千級新星──看見宇宙之音

「千級新星」是非常新的天文研究領域,研究過程也極具戲劇性。故事得從科學家研究重力波開始說起。

重力波是重力作用產生的時空漣漪。百年前,愛因斯坦的理論便預測其存在,但重力波非常微弱,連愛因斯坦本人都不相信人類有朝一日能偵測到重力波。直到 2015 年,人類才首次「聽」到兩顆黑洞合併產生的重力波 [註三]。不過,重力波的訊號指向性不佳,難以「聽音辨位」,也就是用重力波訊號回推事件發生地點。若我們能同時「看」到電磁輻射訊號(該事件發出的電磁波),便可蒐集更多更精確的數據,以了解究竟是在宇宙何處發生了什麼事。

令人難過的是,兩顆黑洞合併幾乎不會產生電磁輻射,因此無法用上述的方法獲得更多資訊。

後來,科學家發現,當兩顆中子星合併、或一顆中子星與一顆黑洞合併時,發出的重力波訊號雖較兩顆黑洞合併更弱、也更難偵測,但這兩種事件不只會產生重力波,也會發出電磁輻射,因此是重力波干涉儀的重要偵測目標。2010 年,天文物理學家探討了這兩種合併事件可能的電磁輻射樣態,得出的結論是和新星事件一樣會有劇烈的光度改變,而且最大亮度約是新星的千倍,於是命名為「千級新星(Kilonova)」。

藝術家以動畫展示兩顆中子星通過重力波合併,然後爆炸成千級新星的過程。影/ESO/L. Calçada.

千級新星的發光機制和超新星不同:超新星的光度主要來自爆炸產生的放射性鎳元素衰變,而千級新星則主要來自兩顆中子星,或中子星與黑洞碰撞合併時,大量發生的核反應——「中子捕獲作用」,此類核反應僅在極端物理環境下產生,是形成金、銀、鉛等重元素的重要機制。過去科學家認為宇宙中重元素的生產者是超新星,然而超新星爆炸的觀測數據卻發現,超新星事件發生的中子捕獲作用的「產能」並不足以支撐現有的重金屬比例,因此千級新星便躍上研究舞台,被認為是重元素的主要產地。

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2017 年,LIGO 及 VIRGO 重力波干涉儀共同偵測到人類史上第一場雙中子星合併事件 GW170817。當時,世界各地的望遠鏡幾乎都暫時放下常規任務,爭相投入這場觀測馬拉松。最終的成果令人振奮,不但同時偵測到重力波與相應的電磁波源,分析結果也與千級新星理論預測的訊號相符,這代表我們首次觀測到了千級新星!

重力波 GW170817的可見光訊號。圖/Soares-Santos et al. and DES Collaboration

這場盛會更昭示了「多信使天文學」時代的來臨 [註四]。重力波探測與多波段電磁觀測的結合,替人類的宇宙探索之旅翻開嶄新的一頁。今日,科學家們正期待著下一對共舞的緻密天體搖響精密儀器的銀鈴,讓更多未解之謎得以撥雲見日。

藝術家繪製的 GW170817 雙中子星合併事件想像圖。圖/LIGO-Virgo/Frank Elavsky/Northwestern University

宇宙看似恆常不變,然而在無盡好奇的驅使下,人類以最新科技突破既有的感官極限。我們洞見宇宙深邃瞬變的幽光,聆聽時空悠遠微弱的呢喃。宇宙「新」光的無盡奧秘,還有待來日的勤奮深掘。

註解

註一:客星指新出現的星,意義上包含彗星等在太陽系內遊走的天體,惟不在本文範疇。

註二:金星是地球的夜空中最明亮的星,清晨及黃昏也可見。古時稱金星出現於黃昏為「太白」、「長庚」,出現於清晨為「啟明」。

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註三:人類聽見的聲音主要來自空氣分子的震盪,只要震盪頻率在 20~20000 Hz 的範圍,並且經由介質傳遞使耳膜震動,我們就能聽見。雖然重力波是時空震盪,無法直接以耳朵聽見,但概念上類似,因此常見到科學家將重力波訊號轉換成「音訊」,方便人們感受。

註四:多信使天文學(Multi-messenger astronomy)指利用多種訊號探索宇宙的現象。不同於早期僅以可見光探看宇宙,人類如今能夠探測光子、電磁波、微中子、重力波和宇宙射線等高能帶電粒子。透過這些訊號,可以傳達不同面向的資訊,協助我們拼湊出單一宇宙現象更細緻的原貌。GW170817 事件除了以重力波和電磁輻射觀測,亦有微中子觀測站參與,只是沒有找到相關聯的微中子訊號,因此理論在這方面尚未證實,有待解惑。

延伸閱讀

參考資料

  1. Li, KL., Metzger, B.D., Chomiuk, L. et al. (2017). A nova outburst powered by shocks. Nat Astron 1, 697–702. https://doi.org/10.1038/s41550-017-0222-1
  2. Aydi, E., Sokolovsky, K.V., Chomiuk, L. et al. Direct evidence for shock-powered optical emission in a nova. Nat Astron 4, 776–780 (2020). https://doi.org/10.1038/s41550-020-1070-y
  3. Gal-Yam, A. (2019). The most luminous supernova. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 57, 305–333. https://doi.org/10.1146/annurev-astro-081817-051819
  4. Metzger, B.D., Martínez-Pinedo, G., Darbha, S., Quataert, E., Arcones, A., Kasen, D., Thomas, R., Nugent, P., Panov, I.V., Zinner, N.T.. (2010). Electromagnetic counterparts of compact object mergers powered by the radioactive decay of r-process nuclei. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 406(4), 2650–2662. https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x
  5. Smartt, S., Chen, TW., Jerkstrand, A. et al. (2017). A kilonova as the electromagnetic counterpart to a gravitational-wave source. Nature 55175–79 . https://doi.org/10.1038/nature24303
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「泛星計畫」再度發現肉眼可見的彗星
臺北天文館_96
・2022/01/13 ・2598字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 文/林建爭|美國夏威夷大學天文研究所、泛星計畫博士後研究員
  • 校稿/王品方|美國夏威夷專案文物修復師

位於美國夏威夷茂宜(Maui)島哈萊阿卡拉(Haleakal)山上,由夏威夷大學天文研究所執行的泛星計畫(Pan-STARRS)望遠鏡近期又發現了一顆新的彗星。這顆彗星將在明(2022)年四月底至五月初最接近地球,目前估計其亮度最亮可達 5 等,因此人們將很有機會透過肉眼或是雙筒望眼鏡看見。

泛星計畫英文全名是(Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System; Pan-STARRS),直譯為全天域觀測望遠鏡及快速反應系統,其最主要目的是藉由此觀測系統,指認出軌道可能與地球相交的近地小行星,使人們能預警撞擊與研擬避免撞擊地球的解決方案,關於泛星計畫《臺北星空 42 期》有詳細介紹。該計畫原本要建置四座 1.8 米口徑的望遠鏡,不過由於經費限制,目前僅建造兩座望遠鏡(PS1 與 PS2)並投入科學觀測中,圖 1 是 PS1 圓頂。PS1 及 PS2 裝載了目前世界上最大的數位相機,大約有 14 及 15 億像素,一幅影像視野約 7 平方度。

圖 1. 泛星原型望遠鏡及圓頂。圖/Pan-STARRS

每天晚上每個望遠鏡總觀測天區約 1,000 平方度的夜空,而每個目標星場會曝光四次,每次曝光約 45-120 秒,每次間隔約 15 分鐘。圖 2 是泛星計畫所使用的六個濾鏡,分別是 grizyw,其中 w 波段較寬,橫跨 gri 三個波段,而 y 波段接近 1 微米近紅外線。目前搜尋小行星主要以 w 波段觀測,曝光時間 45 秒,其他波段的曝光時間則依其科學目的而有所調整。天文臺拍攝完的影像,會同步下載到夏威夷大學計算中心的伺服器上,團隊人員隨即處理影像,接著每兩幅影像互相比較,因此在一小時內移動的星體便能即時辨識;如果有近地小行星軌道與地球軌道重疊,且有撞擊地球之風險,泛星團隊會立即回報給小行星中心,全世界大大小小望遠鏡將會對該星體進行後續的觀測,以估算其軌道和大小,並進一步確認它們對地球構成威脅的機率。一般說來,泛星團隊在觀測後的 12 小時內,便能將當晚觀測到已知或新發現的近地小行星位置及亮度匯報給小行星中心。

圖 2. 泛星計畫所使用的濾鏡與集光通量分布圖,該濾鏡由 Asahi 公司設計、製作。每個波段下方數字表示單次曝光的星等誤差小於 0.2 等的極限星等。(台北星空原稿PDF沒有放圖說)

泛星計畫在發現近地小行星方面一直處於領先的角色,自從泛星望遠鏡上線後,有近五成較大的近地小行星(直徑>140 米)由該望遠鏡發現,圖 3 顯示自 2014 年起,泛星計畫的小行星發現數量開始領先其它巡天計畫並持續至今。自從 2010 年十月泛星計畫發現了第一顆新彗星 P/2010 T2 以來,該計畫在發現彗星方面也有不少收穫;其中過去五年(2016 年至 2021 年)從美國噴射推進實驗室小行星資料庫的統計中,新發現的彗星約有 350 顆,而泛星計畫發現約 130 顆,每一年佔新發現的彗星中約有三成五以上。

圖 3. 過去十年由不同巡天計畫所發現的近地小行星統計圖。泛星計畫(Pan-STARRS)及卡特林那巡天計畫(Catalina)兩大計畫是過去幾年來最主要的貢獻者。圖/NASA

今年 7 月底,泛星計畫望遠鏡再度發現了一顆新彗星,當時被暫時命名為「P11ibiE」,這顆彗星預估在明(2022)年四月底至五月初最接近地球,當彗星接近地球和太陽時,太陽的輻射會使彗星表面變暖,隨著氣體和塵埃從其冰冷的表面釋放出來後,整體的表面積(塵埃與氣體)變大,讓更多陽光從彗星反射出來,這樣的過程使得彗星變亮。也因此這顆彗星讓我們很有機會透過肉眼或是雙筒望遠鏡看見。

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這顆彗星是由夏威夷大學天文所的天文學家 Robert Weryk 在 2021 年 7 月 26 日首次觀測記錄,通報至小行星中心,接著由全球的望遠鏡協助觀測確認後,在 8 月 1 日正式命名為 Comet C/2021 O3(PANSTARRS)。儘管這顆彗星正逐漸接近地球,但屬於對地球沒有威脅的星體,其軌道預測近日點距離約 0.29 天文單位(註:地球與太陽距離是 1 天文單位),目前與地球的距離約 3 天文單位,如圖 4 所示,這顆彗星以雙曲線軌道繞行太陽,目前預計在 2022 年 4 月 21 日經過近日點,接著它就會展開新的旅程,朝太陽系外遠去。

圖 4. Comet C/2021 O3(PANSTARRS)在 2021 年 8 月 1 日在太陽系中的位置圖。該彗星當時離地球約 4 天文單位,不過該彗星於截稿時離地球約 3 天文單位。圖/NASA

夏威夷大學天文所的天文學家 Richard Wainscoat 也表示,類似這種長週期彗星的軌道是相當難預測其未來的路徑,它可能受到其他行星(例如:木星)的重力影響而改變軌道週期。而 Comet C/2021 O3(PANSTARRS)在運行的過程中,也有可能會因重力或其他小行星體撞擊而偏離軌道,甚至可能會變成週期彗星而回歸,不過即使再次回來,也是數百或是千年後的事了。Robert Weryk 認為這顆彗星不大,這可能會導致它在接近太陽時,受太陽重力拉扯碎裂解體;即使沒有,太陽的輻射也會使彗星內的物質蒸發,形成彗星特有的標誌「彗尾」。目前預估要觀察該彗星的最佳機會是明年五月的前幾天,屆時彗星將在日落後低懸於西方天空。

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參考資料:

臺北天文館_96
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