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日本天文學家用小型望遠鏡利用掩星方法在太陽系邊陲首...

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發表於 2019-1-30 22:21:12 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
日本天文學家使用兩台小型望遠鏡,利用掩星的方法,在太陽系邊陲首次發現一顆微小行星。 他們使用市面上購買的小型望遠鏡,偵測到一些大型望遠鏡也無法直接觀察到的天體,導致發現了一顆非常細小的微小行星。 這個發現為天文學家了解神秘太陽系如何誕生,提供了一個巨大的線索。

天文學家一直認為在海王星的外圍,古柏帶邊陲(Edgeworth-Kuiper Belt)存在一些半徑一公里到十公里的小天體,它們在太陽系誕生過程中留下 。 然而這種尺寸的小天體實在太暗,就算使用口徑8.2米的昴星團望遠鏡等巨型望遠鏡都無法直接觀測到。

曾任日本國立天文台,目前在京都大學沖繩縣宮古島天文台工作的有松亘研究員帶領研究小組,以完全不同的方式對這些小型天體進行觀測。 他使用高速攝影機安裝在一套28厘米折反射望遠鏡(Celestron EdgeHD 11)上,觀測記錄了許多恆星。 該研究小組同時監測安裝在沖繩縣宮古島市的另外一套完全相同望遠鏡系統,同時觀測同一天區,監測了二千顆恆星六十小時。 結果捕到某顆恆星有0.2秒變暗的現象。 經過詳細分析,證明現象是由一顆非常細小的天體,半徑只有1.3公里,在離地球約五十億公里外,經過某顆恆星的前方,並且遮掩它發出的星光而出現的減光現象。

根據這個發現,估計這種大小的天體數量比先前觀測估計的數量多一百倍。 未來繼續進行類似的觀測將會得到形成行星物質的小天體的分佈,並期望發現可能存在於更遙遠的歐特雲(Oort cloud)中的小體的可能性。

【圖:有松亘;文:余惠俊節譯自日本國立天文台2019年1月19日新聞公報;新聞訊息由楊光宇提供】硏究報告刊登於2019年1月18日出版的英國《自然-天文學》期刊

古柏帶,中國大陸譯作:柯伊伯帶
歐特雲,中國大陸譯作:奧爾特雲


硏究全文:史上初、太陽系の果てに極めて小さな始原天体を発見
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/rese ... nts/190129_1/01.pdf

英文論文:A kilometre-sized Kuiper belt object discovered by stellar occultation using amateur telescopes
 樓主| 發表於 2019-1-30 22:22:05 | 顯示全部樓層
有松亘研究員採用的設備



望遠鏡是 Celestron f/2.2 11" Rowe-Ackermann Schmidt Astrograph



減焦器 Metabones Speed Booster SPEF-M43-BT4 focal reducer



相機是 ZWO ASI 1600MM-Cool (Monochrome) Camera



相機技術特性
Sensor Type: Panasonic MN34230 Monochrome CMOS
Read Noise: 1.2e-
Pixel Size: 3.8 Microns
Capture Speed: 23 fps
Pixel Array: 16 Mega Pixels - 4656 x 3520
Cooling: 40-45C below Ambient W/ TEC System

觀測系統的有效焦距比和角度像素尺度分別為f / 1.58和1.96弧秒。 OASES觀測系統能夠在2.3×1.8°視場同時監測多達~2,000顆恆星,其幅度低至V = ~13.0,通過採樣提供相當於或大於3-4的信噪比 以極低的成本實現15.4 Hz的節奏(每個系統約16,000美元)。

OASES = Organized  Autotelescopes for Serendipitous Event Survey = 有組織的自動觀測儀用於偶然事件巡天計劃

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 樓主| 發表於 2019-1-30 22:37:09 | 顯示全部樓層

Credit : 有松亘

(一)掩星機制
在這項研究中,微細行星由掩星方法發現 (b 和 c)

(二)
(A)本研究中如何使用掩星
(B)在本研究中發現的掩星中觀察到的恆星(位於人馬座的12等星)圖像(2016年6月28日獲得的視頻數據中刪除無)。為了比較隱藏前後相同的恆星
它還顯示圖像

(三)本研究中發現的恆星在掩星期間顯示恆星亮度隨時間變化的圖表。意見該值為白點,即與觀察值最匹配的點結果用白線表示。

這一次在一個很遠的距離像一個小天體的詛咒在觀察者的情況下,將其轉向天體前方發生稱為折疊的光的環繞,即使在掩星中,恆星的光也沒有完全被遮擋有。亮度變化的模式取決於天體的距離
這取決於尺寸。觀察到恆星亮度距離變化的模式大約在50億公里之外一個半徑為1.3 公里的天體掩星模擬匹配結果。

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 樓主| 發表於 2019-1-30 22:58:40 | 顯示全部樓層

Credit : 有松亘


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 樓主| 發表於 2019-2-7 22:30:26 | 顯示全部樓層
 樓主| 發表於 2019-2-7 23:16:32 | 顯示全部樓層
香港天文專題活動公開群的朋友對於這次掩星觀測的一些 Q and A

【Wah】 點解單靠光度變化就可以同時知道距離和大小?

由於掩星時星光出現衍射現象,即是這顆微小行星連遙遠的星光也不能完全遮擋。這顆恆星距離地球多遠是知道,硏究團隊摸擬各種距離和大小的天體,那一個情況產生的衍射變化符合觀測數據,得出要出現這種情況的掩星現象,天體半徑1.3公里,距離地球50億公里。

【davidkm】 佢地好似在宮古島觀測

兩套完全相同的望遠鏡放在沖繩縣立宮古青少年之家天台,兩支鏡距離39米,同一時間觀測同一天區,相同的天體,以確定掩星出現的現象 (包括衍射現象) 、過程是真實的,不是由其它因素產生。

【davidkm】 思考中。。。。地外行星的凌日和柯依伯帶的掩星有何分別?地外行星的大小要有多大才有相似的效果?兩座望遠鏡分距多大才分出太陽系內的掩星和地外的凌日

分別並不困難,背景恆星都距離地球十分遙遠,系外行星是靠近母星,沒有系外行星可以遮掩母星的光度超過10%, 否則這顆不是系外行星,是伴星。相反,古柏帶的微小天體雖然細小,但它距離地球遠比被遮掩的背景恆星近得多。以今次為例,這顆微小行星遮掩了背景恆星減光80%,所以不可能是系外行星。

另外今次日本的天文學家使用兩台望遠鏡是要確定這些暫時出現的減光現象並非由大氣擾動、小昆蟲在望遠鏡前飛過背景恆星及其它未知的原因。他們不是用干涉的原理去分辨/分解出掩星現象的物理狀況。當兩組望遠鏡在接近距離 (要排除距離太遠,大氣擾動的差異) 同一時間都能夠紀錄相同的現象時,這個現象才可以接受,否則只有其中一台出現的現象視為其它原因。

【Wah】 為什麼不是較近的小石頭,而是50AU 外的大石頭?

從它的移動速度分辨出來

【davidkm】 假如是大的小行星掠掩呢?

它是在小天區量度很多恆星、如果是體積較大的小行星會在較早及較後的時間遮掩附近的的背景恆星。

【KS Cheung】 部電腦要多快才可以

普通桌面電腦。微小行星是2016年6月28日香港時間20時56分偵測到,由偵測到減光現象到出論文要兩年半,你話部電腦要幾快?

【Wah】 幾十TB,一般電腦?

這個計劃不是用來偵測系外行星的細微減光,所以沒有明顯減光的現象發生的紀錄是不用處理的。即是 99.999% 數據無需理會。

【Wah】 讀出來篩選也要時間

要有非常明顯的變化,即是有與冇,好易分別。而且是用多部普通電腦以分散形成篩選。概念有些似 普通市民參與[email protected]

【Wah】我仍然不確定怎麼算出大小和距離

用電腦自動輸入不同大小的微小行星,在古柏帶範圍內改變距離,模擬掩這顆背景恆星的光度變化曲線和形態,找到95%符合,再微調。

【Wah】排除在小行星帶的一些更小的小行星?

微小行星是半徑一公里至十公里範圍。

這個計劃的目標是找尋古柏帶邊陲的微小行星,所以先要將不屬於這個範圍的主小行星帶細小石塊 (流星體) 特徴排除。

【Wah】意思是這個變暗曲線是可以排除小行星?

不是用變光曲線去排除。

近距離的小石塊移動速度很快,速度高於他們設定的拍攝分解能力。舉例:如果ISS 凌日不是 0.5秒,而是0.0005秒,那麼你用每秒200幅的相機就拍攝不到,所以不用考慮。

【Wah】較快和近,但大的,也是有較長的掩食時間吧?

這樣它就會減光100%+background 而非80%+background

主帶小行星及小石頭距離地球大約1.2~2.2 AU, 這顆微小行星距離地球大約33.4 AU 掩星現象歷時0.2秒,觀測團隊相機以每秒15.4張照片速度拍攝,任何快過 0.06 秒的掩星都拍攝不到,所以不會有偵測到主星帶的細小石頭。

【Wah】80%是否可能是未有完全掩食?

這顆遙遠恆星對於小型望遠鏡的分解能力幾乎等於 point source, 80% 是光學現象而非物理上的大小問題。

【Wah】這種碰運氣的方法,目標和實際觀測到什麼,應該沒有必然關係吧?

有系統有目標的觀測,找得到是一個結論、完全找不到是另一個結論。並非單純碰運氣。

wah 感覺結論背後隱藏了不少的假設

是設計這個觀測計劃,要因應他們的器材能力及資源的限制,將不屬於目標的現象用各種不同的手段排除,否則太多變數、太多可能,會超過他們的負擔能力,最後只會無功而回,浪費時間。

【Wah】觀察不到不一定是大小問題,也可以是數量少

兩樣都可以,從這次的結果,再猜測有那幾種可能,然後調整下一次的觀測計劃,如果資源不足,就按信心/可能性的高低,排優先次序,經反覆驗證,對於這類的天體認識就會更多⋯⋯新的觀測就會帶來更多新發現,但又會有新的疑問⋯
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