“新视野”下一个“约会对象”长啥样

  7月17日,午夜刚过。遥远的天际,一颗恒星突然眨了一眨眼。

  暗下,又亮起。布在阿根廷境内24台望远镜中的5台,捉住了这一刻。

  那不过是一颗连名字都没有的恒星,那不过是稍微走神就会错过的瞬间,但是,“新视野”团队的科学家为了这一刻,准备了好几个月。

  2014MU69,一颗古老的柯伊伯带天体,从一颗恒星面前匆匆掠过,并短暂地遮住了它。

  这就是“新视野”科学团队要看到的掩星现象。他们想知道,2014MU69到底是啥模样、是何大小。因为,它就是“新视野”号在继冥王星之后的下一个飞越目标。

  8月4日,美国国家航空航天局公布了从这次掩星观测获得的初步信息。

  那颗小行星有点暗

  在历史性飞越冥王星和冥卫一后,“新视野”号其实已经圆满完成探测任务,但是,它状态良好,还能在太阳系边缘继续“搞事情”。天文学家“掐指一算”,发现2014MU69就在“新视野”号的原定飞行路线附近,去那串串门,顺路还省燃料。

  2014MU69运行在冥王星以远16亿千米的轨道上,距离地球的距离大约65亿千米。

  一切都很完美,除了一点——它暗。

  中科院国家天文台研究员苟利军介绍,这颗小行星的视星等约为27等,比冥王星还要暗上10万倍。就算是在各式各样大型地面望远镜眼里,它都暗得毫无存在感。

  “新视野”科学团队从2011年起就在柯伊伯带上苦苦搜寻适合的飞掠对象,一直到2014年哈勃太空望远镜出手,这个目标才最终现身。

  科学家之前估计,2014MU69直径45公里左右,重量仅为冥王星的万分之一。

  不过,8月4日,美国国家航空航天局更新了这一信息——2014MU69形状非常富有想象力,它像是一颗极扁的椭球,还有可能是由两部分紧挨在一起构成。它的长度不超过30公里,如果它真是一个双星天体,那么其每个构成部分的直径大约为15到20公里。

  这些新信息,就来自7月17日南半球天空上那关键的一眨眼,也就是“掩星现象”。

  一场“曲线救国”的观测

  6月3日、7月10日和7月17日,2014MU69分别掩食了三颗更亮的恒星。

  苟利军解释,当小行星、背后的恒星和地面上人的视线刚好在一条直线时,小行星就在视觉上挡住了恒星。因为小行星在高速运动,所以会形成掩食带,在掩食带上的人,可以在不同时刻相继看到掩星。

  其实,日食就是人们更为熟悉的一种掩星现象。2014MU69的掩食带,就是2014MU69投在地球上的影子。

  这是一场“曲线救国”。本尊看不清,看影子总可以吧!

  “新视野”团队几十名科学家带着望远镜去往南半球,在这三次掩食的掩食带里守候。第二次掩食比较特殊,掩食带基本不在陆地上,团队于是干脆放了架飞机上天。那就是高空望远镜索菲亚(SOFIA),它搭载在一架经过改装的波音747上。

  研究小行星的香港大学博士后张晓佳表示,如果观测者精确记录下恒星消失与重新出现的时间,再加上人们已经知道小行星的运行速度,就能知道小行星在这个背景星路径上的长度。

  这一次,“新视野”团队的科学家就是兵分多路,在2014MU69影子可能经过的区域,每隔一段距离就摆上一台望远镜,排成“栅栏”拦截影子。当小行星挡住被掩食恒星,恒星亮度会降低,当把一系列不同观测点的背景恒星亮度曲线连起来,小行星的形状就能显现。

  然而,6月3日的“拦截”计划失败。“新视野”团队在南非和阿根廷布下了22台40厘米口径便携式望远镜,但没有一台观测到了掩星现象。

  “小行星比较小,掩食现象发生的时间非常短,所以,团队需要非常精确地知道掩食发生的时间和区域,这很有挑战性。”苟利军说。“新视野”团队用哈勃望远镜和盖亚卫星数据来计算2014?MU69的投影区域,但也只能是个估算。

 7月17日,第三次掩食。团队将望远镜布得更加紧凑。这是他们最后的机会。

  寒风凛冽中,五台望远镜成功拍下那迷人的眨眼。

  “准备了六个月,用了三台探测器、24台便携式地面望远镜,还动用了高空望远镜,这简直是人类太空史上最富挑战性的掩星观测。”“新视野”号首席科学家阿兰·斯特恩说。

  2019年1月1日,“新视野”号就要去2014MU69串门了。

  更多的数据还在进一步分析当中。“新视野”号科学团队要尽可能弄清楚它周围的环境,比如有没有碎片,带不带光环,会不会对“新视野”号造成危险。

  飞掠2014MU69意义重大。它在太阳光罕至之处,藏着太阳系诞生之初的秘密。这些信息,在地球上,人类永远无法获知。

  中国相机的“捕捉”

  8月4日,NASA关于2014MU69的消息刚公布不久,天文爱好者、QHYCCD天文相机的创始人邱虹云就看到了。

  他密切关注着这次掩星观测,还扒拉出了此次观测团队部分成员的推特和博客。身不能至,心向往之。邱虹云的参与感来得顺理成章——“新视野”团队此次掩星观测所使用的成像终端,就是他研制的产品。

  掩星观测,时间基准的准确性直接影响测量精度。而观测这样短暂的掩星现象,时间控制必须更加精准。

  “他们用的成像相机是我做的一个特殊版本。”邱虹云说,“它能精确记录一张照片开始曝光和结束曝光的时间。”

  被“新视野”团队相中的是一款高速高精度时域成像相机。它最为特殊之处,是内置了一个GPS模块,让相机借用GPS卫星上的高精度原子钟。因此,即使两个相机在地球上相隔千里,也能实现在同一微秒的同步观测拍摄。

  “GPS模块会输出一个时钟信号,作为指挥相机电路工作的时钟,比如我们设置12点拍照,电路根据这个时钟来决定什么时候驱动芯片,芯片就在此刻开始曝光。”邱虹云解释说。

  其实,2015年研制这款相机时,邱虹云心中并没有一个明确的“买家形象”,只是笃定高精度时间对天文观测有用。今年3月,他收到了一份22台相机的订单。直到4月掩星观测计划即将付诸实施,邱虹云才从社交网络上得知,当初这单子的背后买主,正是美国国家航空航天局“新视野”团队。

  邱虹云也成了观测项目的“迷弟”,项目的每一个动向、每一个进展,都跟自己产生了奇妙的联系。

  “国内也有天文爱好者在观测掩星。”邱虹云说,掩星现象比较普遍,也有专门的软件和网站对掩星发生的时间和地点进行计算。一般来说,掩星观测不需要大型昂贵设备,普通天文爱好者也能发挥作用。

  他还琢磨着,或许还能“反其道而行之”,在能见度高、观测条件好的地方,摆上望远镜观测阵列,通过拍到的掩星现象,去搜索那些遥远的、未知的天体。张盖伦