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海王星外天體
2016/12/05
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「一閃、一閃亮晶晶,滿天都是小眼睛⋯⋯」其實是天文學者觀測天體的方式,利用一明一暗的「掩星法」,他們發現海王星之外的大量天體。
 
 
國立清華大學天文研究所與巴黎天文台合作,使用「掩星法」發現了十三個小型的海王星外天體,是在此之前已知數量的六倍之多。到底什麼是海王星外天體呢?天文學家如何透過研究這些天體來探索太陽系形成的奧秘呢?請聽以下的科學三分鐘專題報導:海王星外天體。

海王星外天體,是指在太陽系之中,公轉軌道在海王星之外的天體。過去在二十世紀的大半時間裡,根據人類的觀測,只有冥王星符合此一條件。但是從1990年代開始,隨著觀測技術的進步,天文學家發現了大量的海王星外天體,其中包括了比冥王星更大的鬩神星,它的英文名稱是Eris,遠日點將近一百個天文單位。一個天文單位是指地球與太陽的平均距離。另外還有遠日點超過九百天文單位、距離非常遙遠的賽德娜等等,至今已經發現了超過一千五百個大型的海王星外天體。

按照行星盤理論,在海王星的軌道外側,應該會存在大量的、未能形成行星的天體,而且不只是一千多個半徑在數十公里以上的大型天體,一定還有更多直徑只有幾公里、甚至幾百公尺的微小天體存在。(圖片提供:Susan Ackeridge)
▲按照行星盤理論,在海王星的軌道外側,應該會存在大量的、未能形成行星的天體,而且不只是一千多個半徑在數十公里以上的大型天體,一定還有更多直徑只有幾公里、甚至幾百公尺的微小天體存在。(圖片提供:Susan Ackeridge)
這些發現,挑戰了二十世紀傳統上認為太陽系有九大行星的概念。因此在2006年,國際天文聯合會正式把行星的定義加以修改,冥王星被定位為矮行星,從此太陽系只有八個行星,就是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、和海王星。包括冥王星在內的海王星外天體雖然距離遙遠,卻對於太陽系形成的理論具有重大意義。為什麼呢?本集單元的科學顧問清大天文研究所張祥光教授,為我們從太陽系行星形成的主流理論「行星盤理論」開始說起:

張教授:
「在太陽早期形成的時候,就是星際間的塵埃、雲氣,因為重力塌陷,所以中間形成太陽。那旁邊呢,一些物質形成盤狀的分佈,那這個盤狀分佈裡面,就漸漸地有行星像地球、像木星…形成。

可是,一個好的理論要能夠解釋盤子裡面形成了哪些行星,然後還剩下什麼東西;一般認為在海王星外面是還存在一些小東西的,可是這些一直都不是很有觀測上面的支持。」

換句話說,按照行星盤理論,在海王星的軌道外側,應該會存在大量的、未能形成行星的天體,而且不只是一千多個半徑在數十公里以上的大型天體,一定還有更多直徑只有幾公里、甚至幾百公尺的微小天體存在。可惜,以現有的觀測技術,沒有辦法直接看到這些微小天體的影像。

而這次張祥光教授的研究團隊就是與巴黎天文台共同合作,取得歐洲太空總署的COROT太空望遠鏡的大量觀測資料,從中尋找這些小型的海王星外天體。這項工作主要的貢獻來自於清大天文所博士生劉志原。他有系統地分析了大量的數據。張教授說明他們所採用的方法是「掩星」:

張教授:
「所以就是用一個我們所謂『掩星』的方式。我沒辦法直接看到它對不對?可是,假如我們一直監視著遙遠的、背景的星星——晚上看到那些恆星——當這些小型的的海王星外天體通過我們看遙遠星星的這個『視線』,也就是說它擋住後面的星星的時候,我們就會發現說,後面那星星『暗了一下』,所以這個就是『掩星』,前面的小型海王星外天體遮掩了後面的背景星星。」

透過掩星法收集足夠數據,便可使用統計方式來估計那個區域的天體總量與分佈,並進一步驗證太陽系形成的理論是否符合現狀。先前透過哈伯望遠鏡的觀測資料,用掩星法找到的小型海王星外天體只有兩個,這次清華大學團隊一口氣發現了十三個,不但更確立了對該區域內次公里級天體數量的估計,這項成果當中的細節,還可望替相關理論的發展提供資料,讓它更加完備。

今天的科學關鍵字,就是

海王星外天體 Trans-Neptunian Object

您可以透過關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由科技部補助製播】2014-12-07 16:55:00播出
 
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海王星(2)掩星(4)
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