天王星環是怎樣發現的 ?

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太陽系的四大氣體行星 (木星、土星、天王星、海王星) 都有環，土星環一早被伽俐略見過了，其餘的環因為太暗要遲至上世紀才被發現。

天王星是第二個已知有環的行星，最先猜疑這環的人正是天王星發現者威廉赫歇爾。實際的觀測卻在 1977 年 3 月 10 日，那天一班天文學家在 KAO (Kuiper Airborne Observatory) 利用掩星方法研究天王星的大氣層，他們意外地發現被掩的星光有異象，就是掩始時的光變曲線 (圖二) 起伏五次，接近掩終時又起伏五次，研究認為天王星極可能有多圈環帶令星光起伏。KAO 在這次任務中沒有看見環貌，到了 1986 年，兩圈的天王星環終被旅行者二號太空船 (Voyager II) 確認，至 2009 年，有編號的環圈達 17 個。


圖一    Kupier Airborne Observatory 柯伊伯機載天文台



圖二   利用掩星方法探測天王星環 (簡化示意圖)



圖三   天王星掩 SAO 158687 的光變曲線 (柏斯天文台1977.03.10)



在該次天王星掩食恆星時，澳洲的柏斯天文台 (Perth Observatory) 也有觀測，圖三是該台得到的掩星光變曲線，曲線上的噪訊 (noises) 屬正常現象，它們源自大氣干擾和測量儀器本身，縱軸是相對的星光強度，橫軸每一小分格代表 1 秒，大家可見到天王星環圈 (alpha ring、beta ring) 掩過恆星的時間只在 1 ~ 2 秒之內，說明環圈的寬度很窄，根據事後分析，這些環圈的寬度都不足十公里，而且是半透明的，它們可能由疏密度的冰粒夾雜小量塵粒而成，難怪地球上很難見到這樣的環。


現時 KAO 已退役由更先進的 SOFIA 機載紅外線天文台取代，兩者的好處是飛上高空來減輕大氣層水氣吸收紅外線的程度，對紅外線波段觀測較為有利。

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参考：

首張 (只有這張 ?) 從地面上影到的天王星環  http://www.astrosociety.org/education/publications/tnl/04/04.html
天王星環  http://en.wikipedia.org/wiki/Rings_of_Uranus
KAO  http://en.wikipedia.org/wiki/Kuiper_Airborne_Observatory
SOFIA  http://en.wikipedia.org/wiki/Str ... _Infrared_Astronomy

天王星掩食恆星 SAO 158687
簡略  http://www.springerlink.com/content/vll3p151703p4245/  
簡略  http://ntrs.nasa.gov/search.jsp? ... c1%26N%3D4294878895
IAU Circular 3048, 3051  http://www.cfa.harvard.edu/iauc/03000/03051.html
Perth Observatory  http://articles.adsabs.harvard.e ... 3H/0001663.000.html