三星系統(tǒng)的今昔, 當(dāng)未來(lái)的人們回顧如今的科學(xué)成果, 望遠(yuǎn)鏡就成為了時(shí)間機(jī)器

“就好像有人發(fā)明了一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，它是一個(gè)時(shí)間機(jī)器?！?/p>

這是HS Hydra的視圖，由數(shù)字化巡天器捕獲。(圖片來(lái)源:太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所)

科學(xué)家們將現(xiàn)代宇宙飛船的數(shù)據(jù)與古老的觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，拼湊出了HS Hydra三星系統(tǒng)125年來(lái)的古怪故事，并預(yù)測(cè)了它的未來(lái)。1893年，當(dāng)?shù)谝淮斡^測(cè)到HS Hydra時(shí)，它只是天空中另一顆閃爍的恒星。現(xiàn)在，這是一個(gè)奇怪的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，可能還會(huì)產(chǎn)生更多的驚喜。

通過(guò)美國(guó)宇航局的凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星(TESS)，天文學(xué)家可能很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些驚喜。在美國(guó)天文學(xué)會(huì)第237次會(huì)議上，科學(xué)家們認(rèn)為，這艘以發(fā)現(xiàn)外星世界而聞名的航天器，可能會(huì)揭開(kāi)雙星系統(tǒng)中類(lèi)似的奧秘。

華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家詹姆斯·達(dá)文波特(James Davenport)在談到明亮的雙星系統(tǒng)時(shí)告訴Space:“這只是幾個(gè)令人興奮的事情之一，TESS將會(huì)非常強(qiáng)大?！钡f(shuō)，這并不是天文學(xué)家第一次研究這些天體?！斑@就像你祖父輩的天體物理學(xué), 六七十年前雙星話題非常熱門(mén)，因?yàn)檫@是科學(xué)家們可以研究到的真正動(dòng)態(tài)的東西?！?/p>

從技術(shù)上講，TESS并不是一項(xiàng)天體物理學(xué)項(xiàng)目: 該航天器的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)尋找明亮恒星光線中的小而有規(guī)律的陰影來(lái)發(fā)現(xiàn)系外行星——系外世界的陰影出現(xiàn)在其恒星和航天器之間。但亮度下降并不一定意味著有行星。例如，有時(shí)，這意味著這顆恒星實(shí)際上是兩顆恒星，它們互相圍繞著地球旋轉(zhuǎn)。當(dāng)恒星在航天器的視野中重疊時(shí)，光線會(huì)下降, 這就是系外行星項(xiàng)目數(shù)據(jù)中的雙星系統(tǒng)。

所以達(dá)文波特開(kāi)始研究雙星，他找到了一篇為業(yè)余天文學(xué)家寫(xiě)的關(guān)于雙星的舊文章。他說(shuō):“這是其中一個(gè)偉大的時(shí)刻，就像，‘我敢打賭TESS觀察到了很多雙星系統(tǒng)?！薄澳鞘且粋€(gè)深夜，‘天哪，如果我只觀測(cè)一個(gè)小時(shí)會(huì)怎么樣’——然后是凌晨?jī)牲c(diǎn)，我起得太晚了?！?/p>

在這些雙星中，HS Hydra引起了他的注意。這是因?yàn)樵?012年，天文學(xué)家重新審視了這個(gè)距離地球約342光年的系統(tǒng)，并意識(shí)到它不僅僅是兩顆恒星以一天半為周期相互環(huán)繞, 還有第三顆距離更遠(yuǎn)、體積更小的恒星在拉著主恒星對(duì)。研究人員意識(shí)到，這個(gè)同伴正在慢慢地把它們的舞蹈從人類(lèi)的側(cè)面視野中拉出來(lái)。

根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，科學(xué)家們預(yù)測(cè)，能從地球上看到的HS Hydra日食將在2022年左右結(jié)束。達(dá)文波特正在研究TESS的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)仍然顯示了小型日食?！八鼈儜?yīng)該在2022年結(jié)束的預(yù)測(cè)并沒(méi)有明顯錯(cuò)誤，”他說(shuō)。

利用新的TESS數(shù)據(jù)，達(dá)文波特和他的學(xué)生合著者預(yù)測(cè)，HS Hydra的日食不會(huì)結(jié)束，而是在今年, 正好趕上飛船重新檢查系統(tǒng)。當(dāng)這兩顆主恒星停止蝕食時(shí)，TESS仍然能夠看到它們之間的相互作用，因?yàn)橐活w主恒星會(huì)將另一顆拉伸成淚滴形狀。

HS Hydra 的今與昔

達(dá)文波特對(duì)TESS的數(shù)據(jù)結(jié)果非常興奮，他說(shuō)HS Hydra研究最引人注目的方面是能夠從這項(xiàng)任務(wù)之前一個(gè)多世紀(jì)的數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)?？勺匪莸淖钤绲挠^察是在1893年，當(dāng)時(shí)萊特兄弟還專(zhuān)注于銷(xiāo)售自行車(chē)。在這些記錄中，星星以早期攝影的形式被永久地記錄在玻璃板上。

達(dá)文波特說(shuō):“天文學(xué)家將不得不在黑暗中騎著望遠(yuǎn)鏡，在晚上更換玻璃板?！薄白鳛橐幻^測(cè)天文學(xué)家，那是一個(gè)瘋狂的時(shí)代，我想謝天謝地，我沒(méi)有在那里?！?/p>

但這些觀測(cè)數(shù)據(jù)仍然存在，其中許多是由哈佛大學(xué)項(xiàng)目的“天空世紀(jì)數(shù)字訪問(wèn)”(Digital Access to a Sky Century)放在網(wǎng)上的，檔案管理員還對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了校準(zhǔn)，并包括了原始觀測(cè)者的日志記錄。達(dá)文波特和他的同事忽略了那些似乎損壞嚴(yán)重的玻璃板，他們?nèi)匀挥?000多個(gè)觀察結(jié)果可以分析。

他說(shuō):“這就好像有人發(fā)明了一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，它是一個(gè)時(shí)間機(jī)器?！薄拔覀冎皇侨ハ螺d數(shù)據(jù)，就像我們從現(xiàn)代太空檔案館下載數(shù)據(jù)一樣?！庇辛诉@臺(tái)時(shí)間機(jī)器，達(dá)文波特和他的同事們可以描繪一段長(zhǎng)達(dá)125年的歷史，其中有人類(lèi)與太空歷史的獨(dú)特回聲。

這是1945年拍攝到天文觀測(cè)的玻璃板上的數(shù)字圖像。(圖片來(lái)源:DASCH/哈佛大學(xué))

幾十年來(lái)，當(dāng)人類(lèi)研制出第一架飛機(jī)和火箭時(shí)，HS Hydra只是一顆明星。1959年，從地球上看，它的日食是最引人注目的，五年后，科學(xué)家們意識(shí)到它的雙星性質(zhì)。達(dá)文波特說(shuō):“就在太空時(shí)代的黎明，就在人造衛(wèi)星發(fā)射之后，我們正準(zhǔn)備登月，所有這些事情都準(zhǔn)備發(fā)生，那是系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)的時(shí)候?！?/p>

在接下來(lái)的幾十年里，系統(tǒng)中看不見(jiàn)的第三顆恒星逐漸旋轉(zhuǎn)雙星，使日食傾斜，使它變得更加難以探測(cè), 但科學(xué)家們一直在跟進(jìn)。達(dá)文波特說(shuō):“隨著研究變得越來(lái)越困難，我們的工具也越來(lái)越先進(jìn)?！?/p>

但是他們對(duì)這一系統(tǒng)的興致也許并沒(méi)有那么濃厚?！斑@從來(lái)不是一個(gè)令人興奮的系統(tǒng)，”他說(shuō)。到了21世紀(jì)初，科學(xué)家們已經(jīng)厭倦了它?！八麄冋J(rèn)為這只是另一個(gè)雙星系統(tǒng), 沒(méi)有什么特別之處?！?/p>

然后，科學(xué)家們意識(shí)到該系統(tǒng)第三顆恒星的影響，這確實(shí)是一個(gè)特殊的特征。TESS開(kāi)始投入工作。達(dá)文波特說(shuō):“現(xiàn)在我們正處于這個(gè)拐點(diǎn)，在這里我們有了這個(gè)新的調(diào)查方向，我認(rèn)為，它將徹底改變雙星研究, 然而這個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)在似乎有消失的跡象?！笨茖W(xué)家們的新計(jì)算預(yù)測(cè)，HS Hydra將在2195年左右再次開(kāi)始日食。

但他說(shuō)，科學(xué)家們可能沒(méi)有真正解決HS Hydra的難題，隨著數(shù)據(jù)集變得越來(lái)越長(zhǎng)，這個(gè)系統(tǒng)將繼續(xù)給天文學(xué)家?guī)?lái)驚喜。達(dá)文波特說(shuō):“我們只看到了100年?！薄八赡懿皇且粭l直線, 它可能會(huì)慢慢彎曲，或者再次擺動(dòng)，如果有第四顆恒星與它們一起共舞的話?！?/p>

美國(guó)宇航局的凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星(TESS)拍攝的一張圖像顯示，星星散落在天鵝座周?chē)谋狈教炜罩小?圖片來(lái)源:NASA/MIT/TESS和Ethan Kruse (USRA))

因?yàn)閷?duì)于一個(gè)觀測(cè)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，一個(gè)令人羨慕的時(shí)間框架對(duì)一個(gè)天文物體來(lái)說(shuō)只是一個(gè)瞬間。達(dá)文波特說(shuō)，這意味著科學(xué)家們可以很好地回顧過(guò)去和展望未來(lái)——既要挽救該領(lǐng)域最早的數(shù)據(jù)，又要仔細(xì)考慮如何確保今天的觀測(cè)結(jié)果仍然可用。

“我們現(xiàn)在拍攝的圖像將在一個(gè)世紀(jì)后成為這些數(shù)據(jù)集合之一, 人們看到如今的拍攝成果很可能會(huì)打趣地說(shuō)，‘哦，他們有這個(gè)可愛(ài)的小望遠(yuǎn)鏡，他們稱之為T(mén)ESS，’”?！翱傆幸惶?，他們會(huì)回顧這些數(shù)據(jù)，它將成為未來(lái)一些很酷的項(xiàng)目非常粗糙的基石?！?/p>

BY:Meghan Bartels

FY:Angelina Yang Gong

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