本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
在晴朗的夜晚,远离街灯,你可以在黑暗的地方看到数千颗星星。几分钟内,景色美不胜收。现在选一颗星星,稳定地观看半小时……但是如果两个小时呢?如果50个小时呢?
我们刚刚开始一项实验,要观察一颗恒星数千小时,我们可能很幸运地看到围绕另一个世界的光环的阴影。
天文学家已经使用凌日法探测到大量系外行星——当行星的轨道使其在我们和恒星之间移动时,看到恒星的光线在几个小时内变暗一小部分(通常小于 1%)。由于它依赖于来自恒星而不是行星本身的光线,这种间接探测技术在地面上探测到数百颗凌日系外行星,以及使用开普勒太空卫星探测到一千多颗系外行星方面都非常成功。
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绘架座β星(简称β Pic)是南半球的一颗恒星,肉眼可见,与明亮的恒星老人星和大小麦哲伦云的长轴形成一个细长矩形的最弱一角。这颗恒星相对年轻,并且有一个以恒星为中心的大型星周尘埃和气体盘,几乎与我们从地球上的视线边缘相对。一颗比木星大十倍的巨型气态行星——绘架座β星b——大约需要几十年才能完成围绕其母恒星的一次旅行。
它也是我们所见的少数几颗直接成像的系外行星之一。我们已经拍摄到行星围绕恒星运动的图像,这些图像是使用世界上最大的望远镜拍摄的。现在,这颗行星几乎圆形的轨道几乎是从边缘看到的,从我们的角度来看,它正在向恒星靠近。但是,伯克利的一名研究生杰森·王分析了绘架座β星b的位置,以查看它是否可能会凌日其母恒星。经过仔细分析,他得出结论,该行星在2017年不会凌日——这使得绘架座β星更加有趣,因为在1981年发生了一些非常奇怪的事情。
多年来,绘架座β星最初被用作参考星——一颗亮度恒定的恒星,可以校准天文观测。但是在1981年末,这颗恒星在几周内逐渐变亮然后恢复正常,并且在三晚的时间窗口内,其亮度波动了约百分之六。天文学家推测,来自彗星尾巴的物质云,或者可能是带有环的行星,已经移到了恒星的前面。随着后来发现绘架座β星b,1981年的日期与之前绘架座β星b在恒星前经过的时间一致。
随着后来发现绘架座β星b,现在看起来似乎是行星周围的物质挡住了来自恒星的部分光线。我们现在有了一个独特的机会来寻找系外行星周围云和环的明显特征和组成,从而有可能获得对行星和卫星形成的新的见解。
我们可能已经看到了类似的事件。另一颗年轻的恒星,称为J1407,在2007年5月经历了两个多月的非常复杂和深度的变暗。我们小组将这些波动解释为一系列巨型环的阴影,最大的环比土星环大200多倍,在恒星和地球之间移动。
这些巨大的结构可以位于巨型气态行星的引力范围内(一个称为希尔球的区域),我们认为J1407有一颗巨型气态行星将这些环保持在围绕其运行的轨道上。但是,再过几百万年,引力将胜出,环将凝结成卫星。人们认为类似的现象也发生在我们的太阳系中。
我们认为在1981年也看到了绘架座β星的相同情况,并且我们希望在2017年当绘架座β星b的希尔球经过恒星前方时看到类似的事件发生。问题是我们不确切知道任何环或碎片云的位置,因此我们需要在希尔球凌日的整个持续时间内观察绘架座β星——这需要200多天!要求一台望远镜连续数天观察一颗恒星是非常不寻常的(通常的回应是礼貌但坚定的“不”),但是绘架座β星是一颗明亮的恒星,因此我们不需要大型望远镜来监视它。

bRing项目团队在南非萨瑟兰天文台的迷你天文台合影。 图片来源:Remko Stuik
这就是“绘架座β星b环”(bRing)项目的开始方式。在荷兰的莱顿天文台,我们建造了一个小型天文台,其中包含两个带有广角相机镜头的CCD相机,可以每12秒拍摄一次绘架座β星和周围天空的图像。1月下旬,我们的bRing团队在南非萨瑟兰的南非天文台安装了天文台,现在我们每天晚上都在获取绘架座β星的数据。
我们的团队正在罗切斯特大学完成第二个bRing站的建设,并将运往澳大利亚的赛丁泉,在那里,当南非的太阳升起时,我们将继续跟踪绘架座β星。我们的目标是观察到指示环或云开始穿过恒星前方的明显闪烁,然后我们可以触发在更大的望远镜上进行观测,使用光谱仪检查星光,并寻找构成中间物质的冰、气体和尘埃的明显指纹。
我们并不孤单地观察绘架座β星——两颗小型太空卫星将密切关注这颗恒星。BRITE 立方体卫星已经在地球轨道上运行了几年,研究明亮恒星的振荡,以了解其内部结构。Konstanze Zwintz博士正在领导对2017年使用两颗BRITE卫星对绘架座β星的观测。在巴黎,Sylvestre Lacour博士正在为PICSAT的发射做准备,PICSAT是一颗专门用于在未来一年内监测绘架座β星的立方体卫星。其他人正在计划使用大小望远镜进行光谱测量,我们都将仔细寻找明显的闪烁。
现在我们所需要做的就是观察和等待。