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太空最速跑者回家了!

民生@報/ 2016.07.29 00:00
(中圖)天文學家觀測到一個沉睡的黑洞。

(下圖)新生恆星獵戶 V883最近爆發,天文學家首度觀測到雪線。

太空最速跑者回家了!

號稱「太空最速男」的英國人皮克(Tim Peake),完成186天任務後,6月18日與俄羅斯Yuri Malenchenko及美國Timothy Kopra搭乘聯盟號太空船安全降落哈薩克。

皮克堪稱最速太空跑者。今年4月,皮克為世界六大賽事之一的倫敦馬拉松鳴槍,甚至還參加比賽,並以3小時35分21秒完成。皮克是以太空站跑步機參賽,由於太空站是無重力環境,跑步機必須安裝在地板上,太空人則以彈性安全索套在腰部與肩膀,使身體固定於跑步機上才不會飄離。

在太空跑步容易嗎?雖然太空跑步機的彈性繩索,只施以太空人8成體重的力量,看似負擔少較輕鬆,但太空站空調維持在攝氏23度,對馬拉松跑者來說太熱,加上汗水會附著在皮膚,成為跑步最不舒服的濕熱環境,因此皮克的成績比他1999年在地球參賽最佳成績(PB)3小時18分50秒慢了不少。

皮克並非首位在太空完成馬拉松的人。早在2007年,美國女太空人威廉斯(Sunita Williams)也在太空中參與波士頓馬拉松,成績4小時23分10秒。相較於威廉斯,皮克是太空馬拉松的最速跑者當之無愧。

沉睡的黑洞醒了,還打了飽嗝!

天文學家在6月出刊的《自然(Nature)》期刊發表,觀測到一個沉睡的黑洞,因吞噬恆星而甦醒,並發出X射線,此舉能幫助科學家瞭解黑洞外圍的吸積盤構造。

這顆黑洞編號Swift J1644+57,位於天龍座方向約38億光年外的星系中心。黑洞質量與銀河系中心黑洞同等級,是太陽的數百萬倍。由於黑洞若沒有吞噬物質就不會發出輻射,科學家只能以黑洞周圍恆星的運行軌道,間接觀察它們的存在。

大多數的超大質量黑洞,包括銀心黑洞均屬這類沉睡者。僅10%的星系黑洞持續吸收和吞噬物質,而發出強烈輻射。不過,沉睡者偶而也會甦醒,若有恆星太靠近沉默的黑洞,恆星會被黑洞潮汐力撕成碎片形成吸積盤,並發出劇烈X射線。如此天文學家就有機會看到它了。

甦醒的黑洞,首先在2011年3月28日由「雨燕」(Swift)太空望遠鏡看到。天文學家偵測到異常高能的X光閃焰,因此以其位置座標編號「Swift J1644+57」,並推論是星系中心的黑洞正在吞噬一顆恆星,隨後也蒐集到以XMM-Newton 、Suzaku等太空望遠鏡觀測的資料。

傳統認為,這類高能X射線,來自黑洞外圍近光速的高能粒子噴流所發出。但近期綜合分析各望遠鏡資料顯示,此X射線源非常靠近黑洞。研究團隊根據各望遠鏡在不同時間接收X射線的些微差異,推論X射線是從吸積盤中不同區域的鐵原子反射回來。如同以聲納的延遲時間來繪製海底地圖,天文學家可根據延遲時間的差異推論吸積盤的構造。

新生恆星獵戶V883爆發 天文學家看見雪線

在行星開始形成的原行星盤,當溫度和壓力低到足以使水冰形成時,這在盤上形成一過渡地帶叫做「雪線」(snow line)。新生恆星獵戶 V883最近因為爆發,讓天文學家首度觀測到原行星盤上的這道「雪線」。

原行星盤因亮度驟增,以快如閃電速度加熱了內側行星盤,因此,(由水所形成)雪線向外推移,且較平常位置被外推得很遠,天文學家剛好有機會在使用阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(簡稱ALMA)時,觀測這個雪線。大多數雪線在一般正常情況下,是過於靠近恆星而無法直接觀測得到,甚至連ALMA超高的角解析力也莫之奈何。

一般而言,在距離類太陽新生恆星3個天文單位的半徑範圍以內,水分子會蒸發成氣態而無法凍結成冰,超出這個──我們稱之為雪線──的範圍外,由於壓力極低,水會在塵埃顆粒和其他粒子上直接由氣態形成一層薄冰。(天文單位即日地平均距離,3天文單位大約是4.5億公里。)

獵戶 V883發生強大爆發,短時間內突然把雪線向外推出40天文單位(約60億公里),相當於太陽系中冥王星的公轉軌道。雖然獵戶 V883質量只比太陽多30%,近來由於物質落在這個恆星表面上而引起爆發,使得它目前亮度和溫度達到太陽的400倍。

智利聖地牙哥Portales大學天文學家Lucas Cieza最近一篇以描述這些結果為題的論文,發表在Nature。從行星如何形成,乃至地球生命如何育成,「新生恆星周圍的水冰分佈資料」為我們取得關鍵知識。來自普林斯頓大學的論文共同作者之一朱照寰認為,此觀測結果的意義,在於天文學家證明了太陽以外的其他恆星周圍,有主導行星形成的「冰凍區」存在,這次取得的是「直接證據」。

水冰也扮演調節塵埃顆粒集聚,形成越來越大顆粒的角色。天文學家相信,在雪線過渡區域以內,因水會蒸發,條件有利於形成較小岩質行星,如:地球和火星;在雪線區域以外,到處是冰的條件則有利雪球和彗星這類天體快速形成,這促使像木星這樣巨型氣體行星的形成。

由於雪線以外的地方,水冰數量比塵埃多,行星可聚合的固態物質更多,結果行星體積會更大,成長更快,使得木星和土星等巨行星能在原行星盤消失前形成。

天文學家一次確認百顆以上系外行星

一組跨國天文研究團隊,針對美國航太總署釋出的克卜勒太空望遠鏡觀測的第二期K2資料,利用夏威夷的凱克望遠鏡、在夏威夷和智利的2座雙子望遠鏡、加州大學天文台的自動行星搜尋望遠鏡及亞利桑納大學的大雙筒望遠鏡等大型望遠鏡,進行高精度光譜追蹤觀測,最後確認百餘顆系外行星。其中最特別的是,首度發現有個系外行星系統可能含4顆類似地球的系外行星。此研究成果將克卜勒太空望遠鏡的成就,再推上高峰。

克卜勒任務在2013年因儀器故障,無法精確定位問題後,原觀測工作停擺。在工程師努力下,新一期K2任務可針對黃道天區進行一系列觀測,比南半球或北半球地面望遠鏡更具優勢。

相較於最初克卜勒任務,針對與太陽類似的恆星進行觀測,K2完全滿足科學社群的所有預定觀測目標,因此大幅增加比太陽冷且小的紅矮星這類恆星的比例達20倍之多。又因此類體積質量比太陽小的紅矮星,在銀河系中非常普遍,比類太陽恆星多很多,是以天文學家認為,這些低溫矮星周圍有生命的機會,比類太陽恆星還要高。

此團隊研究成果,最有趣的發現是,有個系外行星系統的母恆星,直徑和質量僅太陽一半大,比太陽暗許多,重點是此行星系統可能如我們的太陽系,包含4顆岩質行星,直徑比地球大約20%~50%,公轉週期5.5天~24天。其中2顆行星承受的母恆星輻射強度,約與地球相當。雖然它們繞母恆星公轉軌道,比水星繞太陽軌道緊密,但因母恆星較小且暗,適居區也比太陽系靠近母恆星,因此這幾顆岩質行星還是有機會讓生命發展生存。

朱諾號入軌後傳回第一張木星影像!

美國航太總署的朱諾號,在台北時間2016年7月5日進入木星軌道後,傳回首張木星影像。此影像是由朱諾號相機於7月10日13:30所拍攝,當時朱諾號處在一開始53.5天的捕獲軌道(capture orbit)中,與木星距離430萬公里。

朱諾號相機在朱諾號打開主引擎六天後開啟,這表示朱諾號相機在通過木星的強烈磁場後一切安好。照片可清楚看到木星的大氣特徵和著名的大紅班,由左至右還能看到木衛一艾歐(Io)、木衛二歐羅巴(Europa)、木衛三加尼米德(Ganymede)。朱諾號預計2016年8月27日再次接近木星時,拍攝第一張高解析度影像。

朱諾號相機是一個可見光彩色相機,捕捉木星兩極和雲頂影像,就像朱諾號的眼睛,其寬廣視野能幫助其他儀器運作。朱諾號相機主要目的,在讓公眾參與此令人振奮的太空計畫,拍攝的影像對科學團隊相當有幫助,但不算此任務的科學儀器。朱諾號相機將在前七次繞木星軌道後,因強大的輻射造成無法修復的傷害。

朱諾號相機影像官網:http://www.nasa.gov/juno。

最年輕的罕見系外行星

科學家在距地球500光年外,發現一顆約海王星大小的行星,可能是目前用凌日法偵測到最年輕的系外行星。究竟它是如何迅速在母恆星附近形成的呢?

研究人員以克卜勒(Kepler)太空望遠鏡發現這顆行星K2-33b。其公轉週期5天,與母恆星距離只有水星到太陽的1/10,母恆星年齡500至1000萬年,行星本身形成時間也相去不遠。以宇宙尺度來說,這個行星是小嬰兒,也讓它可能成為至今發現完整形成的系外行星中最年輕的。

克卜勒太空望遠鏡用凌日法發現K2-33b後,研究人員再藉由夏威夷的凱克(Keck)望遠鏡和史匹哲(Spitzer)太空望遠鏡資料,確認母恆星的規律亮度變化是K2-33b公轉造成,還有一層薄薄的行星形成後的殘餘物圍繞著該恆星。根據殘餘物的厚度,可判斷這個行星系統已到形成階段末期,因為原料都成為行星的一部分了。

一般像K2-33b這樣大的行星,都在距離母恆星較遠的地方形成,再慢慢向內遷移,耗時數億年。但K2-33b這麼年輕,不可能經過如此漫長程序,它要不是在繞行恆星的氣體與原行星盤面助推下向內遷移,而且速度異常的快,不然就是在被發現的原地形成。

加州理工學院的研究員崔佛.大衛(Trevor David)表示:20幾年前開始發現大型系外行星開始,科學家一向不認為它們是在原地形成,但過去幾年,一些新發現讓原地形成理論(in situ formation theories)逐漸合理。至少以K2-33b的例子來說,較有可能是在原處形成的。(資料來自網路天文館,邱淑玲/選輯)

太空最速跑者返回地球。

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