2015年,美国国家航空航天局(NASA)的“新视野号”(New Horizons)探测器以前所未有的冥王星照片震惊了世界,最近,它又拍摄了第一张冥王星的特写照片柯伊伯带的一个天体.现在,这项任务又实现了一个“第一”:测量两颗恒星与太阳系外的距离。

来自科罗拉多州博尔德市西南研究所的首席研究员艾伦·斯特恩6月11日在一份声明中说:“可以说,新视野号观测的是陌生的天空,而不是我们从地球上看到的。”

大多数太空望远镜,从古老的哈勃太空望远镜到全新的欧洲行星猎人CHEOPS在大气层之外就足够观赏美景了,通常也没有理由再去冒险了。但有时从外太空进行观测也有好处。

4月22日和23日,新视野小组将探测器的主摄像机对准了比邻星(离太阳最近的恒星,距离约1.3秒差距(4.2光年))以及另一颗名为Wolf 359的恒星。美国国家航空航天局要求专业和业余的天文学家在同一时间从地球上拍摄这两颗恒星的照片。因为新视野号现在离太阳的距离是地球的46倍,这两个角度的距离都足够远了,所以恒星的位置相对于其他更遥远的物体来说,看起来略有不同。通过测量这一差异,天文学家可以计算出这两颗恒星到地球的距离。

这是一种历史悠久的技术,被称为视差,它是最复杂的银河系3D地图的核心,包括目前由欧洲航天局绘制的最先进的地图盖亚的调查.视差与双目视觉的原理是相同的,双目视觉可以让人类通过双眼注视物体来粗略估计到物体的距离。

但盖亚离地球相对较近,它通过比较距离为6个月的同一颗恒星,即围绕太阳半轨道两侧的视差来计算视差。这两个位置的差异仅仅是日地距离的两倍,而不是像新视野号探测器那样的46倍。因此,视差角很小,盖亚产生的是数字表,而不是供人们观察的东西。

“盖亚所做的所有令人印象深刻的工作,你都看不到它,”新视野团队成员托德·劳尔说,他是亚利桑那州图森市美国国家光学红外天文学研究实验室的天文学家。“在这里,你可以看到它——砰!”半人马座比邻星的两张照片,一张来自柯伊伯带,另一张来自地球,显示出这颗恒星的位置明显变化。劳尔说,这些照片可能会成为标志性的、令人难忘的照片,就像著名的“淡蓝点”(Pale Blue Dot)一样。“淡蓝点”是NASA的“旅行者1号”探测器在1990年拍摄的一张地球照片。一些天文学教科书的作者已经联系了该研究小组,希望在他们的下一个版本中包含这些图像。

从远处看

将天文台送入深空——也就是地球-月球系统之外的任何地方——可能会带来许多好处。追踪有潜在危险的小行星的最佳地点是太阳系内部,在那里靠近地球的天体被称为neo,或近地天体,可以在太空的黑暗中看到,而不是在太阳的明亮中。

法国尼斯Côte d 'Azur天文台的Paolo Tanga说:“由于轨道在地球内部,所以所有近地天体都有可能在轨道之外。”“这样的话,所有近地天体迟早都会以与天文台相对立的位置结束,这是观测的最有利条件。””(水星探测器该计划原本计划包括一个专门的近地天体望远镜,但为了削减成本,该计划被搁置。)

与此同时,欧洲航天局计划于2034年发射的三个太空探测器——激光干涉仪空间天线(LISA),将从远离地月系统干扰的有利位置探测引力波。有时,它还有助于在火星表面进行天文学研究。

在恒星距离测量的例子中,一个像盖亚那样精密的天文台,如果在很远的地方绕轨道运行,可以得到更精确的视差。例如,如果地球到木星的距离是木星到太阳的距离的5倍,那么至少在理论上,测量的精度就会提高5倍。

但天文学家很少考虑向外太空发射探测器。其中一个原因是,这些仪器需要很长时间才能收集到准确的数据。都柏林大学(University College Dublin)的天文学家迈克尔·佩里曼(Michael Perryman)是盖亚的创始成员之一,他说,盖亚需要多次绕太阳公转,并反复测量恒星以获得良好的视差,而任何与木星距离的天体都需要更长的时间才能做到这一点。佩里曼说:“如果忽略将卫星送入太空的能量问题,并使其减速,这将需要3到5个轨道的测量周期,或36到60年之间。”说“够了!”

因为“新视野号”将其拍摄的照片与从地球上拍摄的照片相结合,因此可以一次性获得视差,无需等待。劳尔说,这个探测器从来没有被设计用来做天文学,所以它对比邻星距离的测量比盖亚的距离要少几个数量级。但他补充说,获得更好的测量结果从来都不是我们的目标。目的是为了展示人类的聪明才智已经取得了多大的进步。

本文经许可转载第一次出版2020年6月11日。