親子觀星會

引用自臺北天文館網路天文館網站


http://tamweb.tam.gov.tw/news/2010/201006/news2010091602.htm (http://tamweb.tam.gov.tw/news/2010/201006/news2010091602.htm)


亞利桑那大學的一個團隊，日前運用了夏威夷毛納基山上的「凱克望遠鏡」(Keck Telescope) 所配備的一套專門工程儀器( ASTRA) ，成功的深入探測了原始行星盤。這個團隊觀測到，旋轉的氣體塵埃雲不斷的餵食中心的漸漸成形的恆星，氣體塵埃雲也會逐漸聚集成行星和小行星，形成了太陽系。這個觀測是史上的第一次，天文學家很詳細的觀察到，關於新生太陽系的恒星和行星，如何成形的過程。這些觀測結果還幫助我們進一步了解，氫氣，又是怎樣被合併、進入到原始行星盤裡去的。

　　要觀察距離地球500光年遠，恆星和環繞它周圍的行星盤面究竟如何形成，這可需要相當細微的解析度，而為了獲得這樣精密的解析度，亞利桑那大學的團隊，想出一個辦法，將「凱克望遠鏡」兩座觀測站採集的光整合，這樣一來，它提供的角解析度就比哈柏還更高了。艾斯納教授和他的團隊，另外還使用一種稱為「分光天體測量學」技術，同樣也能進一步提高解析度。經過測量凱克望遠鏡鏡面所收集到的，源自於原始行星盤的不同波長的光，再進一步以專門工程儀器ASTRA作處理，研究人員終於取得了一張「高等解析度」的門票，也能實現夢想，深入觀察位於初生太陽系中心所發生的演化過程。

　　根據艾斯納教授的描述，即使是距離太陽系不算太遠的一個行星盤，看起來也不過就像顆斑點一樣大，毫不起眼，要想看見一個比我們太陽系的太陽大不了多少的原始恆星，在它的外圍究竟發生了什麼事，那麼，就連哈柏望遠鏡所能提供的角解析度都仍嫌太過粗略，需要再加強100倍才夠。

　　艾教授還說，這次他們已經能夠真的、真的非常靠近一顆恆星，甚至能精確的看到在恆星和蘊含大量氣體的原行星盤之間的那道介面接口了。有了這種新技術，艾教授所率領的團隊，現在能夠區分氫氣和灰塵氣體如何分佈，也解開了關於原行星盤特色如何，性質如何等一串相關的答案：原行星盤誕生在恆星幼稚園裡，誕生的時間點則是 - 當氣體雲的分子和塵埃粒子，因受到重力影響而開始瓦解的時候。

　　氣體塵埃雲在起初慢速旋轉的時候，因為逐漸增加的質量和重力，使得它密度高，質地也堅實，當雲越縮越小，轉動速度也隨之加快，以花式溜冰的例子來說明，這情形就像一位正在旋轉的溜冰選手，當她將雙手由外向內縮回懷中的時候，她的旋轉速度也會隨著加快。離心力作用，將雲平展成一個旋轉不停的氣體和塵埃的盤面，最終導致行星繞著恆星，在大約同一個平面上持續運轉。

　　天文學家已知道，恆星從周圍的行星盤中藉由吞併氫氣取得質量，這個過程稱為吸積，它的生成方式有兩種。

　　場景一是第一種方式：氣體拍打上恆星火熱的表面，隨之被吞食。

　　場景二，比較暴力一點，恆星的磁場將接近中的氣體向後推，導致它「豎立」起來，在星與行星盤之間形成一個缺口。此時氫原子不是拍打在恆星表面上，而是沿磁場線好像衝上了一條高速公路一樣的，變成一個超級加熱和電離的狀態。

　　一旦被恆星的磁場困住，氣體沿磁力線在盤面上側和下側拱出成漏斗狀，接下來，這些物質以高速在恆星的兩級區域潰散。

　　在這片猶如地獄的火海中，每一秒釋放出的能量，相當於百萬顆廣島原子彈，部分拱氣流從盤面被彈出後，朝向遼闊的太空，噴出遠遠的星際風。

　　不少天文學家都想了解物質是如何吸積到恆星上頭，但一向以來，始終不能直接量測到這個過程。

　　艾教授研究團隊的策略是，把他們的望遠鏡觀測目標指向15個含有年輕恆星的原行星盤，其質量大約從太陽的一半到10倍於我們的太陽不等。

　　艾教授說，在大多數情況下他們都可以成功地在觀測中看見，在非常接近恆星的時候，有些氣體的動能會轉換成光，這透露出的訊息是，不難想見，吸積情況可能可以再更暴力一點。

　　有時他們看到一些其他證據顯示，恆星吸積物質隨著風一起被噴射到太空中，艾教授說，他們甚至發現了一個個案 –那是一顆質量非常大的恆星，在它周圍他們觀察到盤面與恆星表面之間幾乎沒有空隙，直接延展過去，呈現著是相連結的狀態。

　　天文學家為什麼選擇一些「太陽」還年輕，很可能只有幾百萬年歷史的「太陽系」來進行這項研究呢？因為這些行星盤還會再繼續存在個幾百萬年，而當行星盤的大量物質幾乎消耗用盡時，類似木星和土星的巨大氣體，可能會在該太陽系形成第一顆行星。

　　不過，質地更堅實，像地球、金星或火星這種，質地以岩石成分為主的行星，要等到更晚一點才會成形。

　　但形成地球、金星一類的行星所需的基礎，很可能是「今天」正處於發展和成形階段，這就是艾教授的這個研究，為什麼對了解太陽系的形成，有那麼重要的意義 - 這些年輕的太陽系有機會生成一顆像地球一樣，符合「可居住」條件的行星。

　　艾教授說，「接下來我們想看看是否可以在原行星盤上測量到類似像有機分子和水這類的物質，因為那是行星孕育生命的基本條件。」

　　艾教授的研究論文出版刊載於天文物理月刊Astrophysical Journal（Lauren譯）

資料來源：轉載自中研院天文網, 2010.06.15, KLC