作者:鲁捷 来源:中国科学报 发布时间:2015/7/15 8:57:07
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拍一部“宇宙大片”
全球小型望远镜阵列记录天空变化

正在智利进行安装的艾弗里望远镜(如图)将每两分钟巡视一次天空。图片来源:NICHOLAS LAW

宇宙瞬息万变。超新星迸发生命光彩,各种恒星兴衰盈亏,地外行星掠过母星形成凌星揭示其存在。然而,天文学家大多时候主要依靠持续或偶然间获得的图像辨别天空的变化。现在,一些天文学团队在问:如果我们可以定期捕捉到整个天空的图像,并制作成一部“宇宙纪录片”会怎样呢?

利用强大的数据处理和储存系统以及在某种程度上较为经济的现成光学系统,几个望远镜团队正在让这一梦想成为现实。最新的天文学设备是艾弗里望远镜(Evryscope),它在过去几周已经开始工作,每两分钟就会巡视约1/4个天空。该项目领头人、美国北卡罗来纳州立大学天文学家Nicholas Law说,他希望可以找到围绕广泛分布的各类恒星运转的罕见系外行星。“很明显,如果我们去监测天空中发生的每件事情,我们可以做的事情实在多得很。”

作为一种全天巡天观测望远镜,艾弗里望远镜由一个经费不多、却有着特定目标的小科研团队经营。该项目主要依赖小型望远镜,其观察目标不是深空,而是旨在捕获地球附近的天体正在发生的一切。

和很多其他系外行星“猎手”一样,艾弗里望远镜团队找寻其猎物的方式是通过发现“凌星”现象:当围绕一颗恒星运转的行星经过其母星时,在地球上会观测到这颗恒星的光变得黯淡。大多数凌星搜索都聚焦在类似太阳的“常规”恒星上,而且会通过探索深空的某一部分寻找大量目标。但艾弗里团队的目标则是罕见的恒星如白矮星,因此他们必须观测更大面积的天空,以找到数千颗候选目标恒星。

因为这些古老的、已燃尽的正常恒星的残骸体积很小——相当于地球的大小,当一颗行星经过它时,可能会使其光线完全被遮挡,这一过程或许仅发生在两分钟之内。在天空中的任何地方捕捉到这样一种转瞬即逝的现象是个巨大挑战。“以前,从未有人观察到白矮星发生的凌星现象。”Law说。

艾弗里望远镜坐落在智利托洛洛山美洲际天文台(CTIO),耗资约25万美元,它的外观看起来更像一个有些好笑的建筑而不是一个天文望远镜。其白色的半球形圆顶上点缀着许多监测孔,以便让其装载的27个专门设计的直径为7厘米的望远镜进行观测。

据了解,这套设备每分钟可产生780兆字节的数据信息,一年内收集的数据可以装满21000多个光碟。为此,原始数据不会被直接传给天文学家,而是需要先储存在一个地方,经过处理后对其容量进行压缩。目前,该团队正在和其他天文观测站商议,在全球范围内设置更多艾弗里望远镜,从而实现对整个天空的覆盖观测。

普林斯顿大学天文学家Gáspár Bakos也正在利用匈牙利制造的自动望远镜阵列(HATNet)以及位于南半球的匈牙利自动望远镜(HAT-South)搜寻系外行星,但他们的目标是海王星大小的天体。到目前为止,他们在全球5个地点设置的31台小型望远镜可以仅在部分天空中观测凌星现象。

现在,Bakos和研究团队希望可以再增加一个叫做HATPi的宽视角望远镜。他们已经开始在智利拉斯坎帕纳斯天文台建设一个像“刺猬”一样的多镜面和摄像机观测阵列,但是他们需要有经费资助64个配置动态选择器(CCDs)——即可以捕捉恒星星光的感应器。“这是我们最贵的设备。”Bakos说。HATPi的目标是捕获附近的明亮恒星,并梳理出这些恒星亮度最细微的变化。“我们将会得到整个天空的高度精准的光变曲线。”

一些零星观测设备的设计目的则是为了其他用途。比如加利福尼亚州圣迭戈市附近的“帕洛玛天文台零星工厂计划”(以下简称PTF计划)对已经服役67年的奥辛望远镜的观测目标重新进行了规划,用CCDs代替了其原来的玻璃底板。尽管当前该望远镜每晚仅可以覆盖1/40的天空面积,但这项耗资200万美元的项目在仅仅一年时间里就捕获到了700颗超新星。而且一项计划花费1800万美元的升级换代项目旨在给该望远镜安装一个大型新摄像机,届时该望远镜将可以对整个覆盖到的天空每晚进行成像,而且还可以通过其他自动望远镜自动推动后续观测。

当然,并非所有的“天空影片”望远镜工程都是低预算的小项目。耗资800万美元的全景巡天望远镜和快速反应系统(Pan-STARRS)—— 一项旨在寻找威胁性的近地小行星的望远镜系统——在其位于夏威夷的坐落点每月可以对其视域内的天空进行数次扫描。这个镜面直径达1.8米的望远镜是一个成果颇丰的“超新星猎手”,截至目前,该望远镜今年已发现800多颗超新星,而且在其他领域也有贡献。

此外,更大的项目还有大型巡天望远镜计划(LSST)——其镜面直径达8.4米,精度达30亿像素——几天内就可以扫描一遍所覆盖的天空,可以比其他望远镜项目发现更加微弱以及距离更远的天体。LSST主任、加州斯坦福大学天文学家Steve Kahn说,为期10年、预计在2022年左右启动的观察将会记录200亿个星系和170亿颗恒星。“它将会把宇宙变成一个目录。”Kahn说。(鲁捷)

《中国科学报》 (2015-07-15 第3版 国际)
 
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