天文學家觀察到了行星的誕生

2020-09-17 天文在線

恆星周圍盤狀物的高解析度圖像揭示了太陽系是如何形成的

圖解：阿塔卡瑪望遠鏡觀測到的原行星盤，揭示了幼年太陽系的形成。這些由恆星誕生後留下的氣體和塵埃組成的盤狀物給予了行星形成的原材料。

圖源： ALMA (ESO, NAOJ and NRAO), S. Andrews et al. , N. Lira

艾爾瑪望遠鏡拍攝到氣體和塵埃組成的旋轉輪子，是恆星形成行星後留下的，這是天文學家第一次看到圍繞恆星的氣盤等細節。而恆星周圍的碎片圖可以推測幼年太陽系的形成，目前這個實驗包括作者參與的部分都還在進行中。

阿塔卡瑪望遠鏡誕生於2011年。它的出現讓天文學家們第一次近距離觀測到恆星周圍圓盤狀的塵埃及氣體。

圖解：ALMA望遠鏡

圖源：知乎專欄

這些所謂的圍繞恆星旋轉的氣體和灰塵的盤狀物給科學家們提供了恆星形成和發展的一些線索,而一些扭曲或塊狀特徵也可能預示著一個不能被觀測到的行星的存在。

未來幾年的新型望遠鏡技術會把對這種盤狀物的研究提升到一個新的境界，甚至有可能拍攝到盤狀物內行星的圖像。

圖解：早在2013年1月，建立在智利海拔5000米的安第斯山脈上的世界上最高的射電望遠鏡就曾捕捉到過新行星正在形成的一瞬間。照片中宇宙塵埃和氣體正在匯聚，即將形成新的行星。

圖源：中國網

圖解：原行星盤圖像

圖源：中國天文網

在我讀研的第一周，第一個科學研究項目是智利的新型大阿塔卡瑪毫米/亞毫米陣列望遠鏡（ALMA）項目。這一開創性設施僅僅使用了數十個和普通音樂會上一樣的無線電天線，就能呈現出和單臺直徑約16千米寬的望遠鏡一樣清晰的視野。因為達到了這種極致的解析度，阿塔卡瑪望遠鏡就能比之前任何一臺望遠鏡在毫米和亞毫米波長的光線內看得更加深遠。我欣然地接受了這個機會並加入了它的其中一個項目----對盤狀塵埃以及在恆星周圍一個名為AU Mic的小瓦礫的研究 。我們的觀測對象是阿塔卡瑪望遠鏡發明之前從未觀測到的細節。塵埃和瓦礫聽起來並沒有那麼新奇有趣，但它們卻是製造行星的原料，並且，這次的觀測有機會讓我們看到行星形成的過程。

圖解：中德亞毫米波望遠鏡

圖源：中國科學院FAST重點實驗室

數據的傳輸還需要再花費一年。現代天文學常常是遠距離進行的：比起花一整晚在偏遠的山上觀測要好了不少。我們所有要做的僅僅是把程序輸入到電腦，然後電腦就會告訴望遠鏡什麼時間要觀測什麼對象。接著就是漫長的等待，耐心地（或者，更有可能是不耐煩地）等待觀測到的數據被整理完成。我無法忘記在我下載數據時對於結果是否達到預期的緊張不安，以及最終成型後，那張圖片出現在我的電腦屏幕時的震撼----那是一團無窮無盡卻又薄如蟬翼的光，在左側、中間、右側皆鑲嵌了一顆如白晝般透亮的光點。

圖解：宇根山天文臺

圖源：mihara-kankou.m

相關知識

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（英語：Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，縮寫為ALMA）位於智利北部阿塔卡瑪沙漠，是由電波望遠鏡構成的天文幹涉儀。因為具備「高海拔」和「空氣乾燥」兩絕佳條件，這對毫米和次毫米波長的觀測至關重要[1]，陣列最終選擇設在5,000公尺的查南託高原上，附近還有拉諾德查南託天文臺(Llano de Chajnantor Observatory)和阿塔卡馬探路者實驗。

ALMA望遠鏡陣列有54座口徑寬12米的天線以及12座口徑7米的天線，總共是66座天線一起協同工作。每個天線個別收集來自太空的輻射，並將訊號聚焦在天線上的接收機上。然後，所有天線取得信號經由專用的「超級計算機」－－相關器(correlator)處理，最後匯總在一起。66座ALMA天線可用不同的配置法排成陣列，天線間的距離變化多樣，最短可以是150公尺，最長可以到16公裡。若與過去的望遠鏡系統做比較，在毫米及次毫米波段上，ALMA能看到更暗的天體，同時能得到更高的影像解析度[2]。


作者: Meredith A. MacGregor

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