书城自然科学发现之旅:太空百态
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第12章 掩星

游侠引言:

掩星是一种天文现象,指一个天体在另一个天体与观测者之间通过而产生的遮蔽现象。一般而言,掩蔽者较被掩者的视面积要大(若相反者则称为"凌"Transits,如金星凌日,"凌"有以小欺大的意思。),但亦有天文爱好者认为日食也是月掩星的一种。

正文

当月亮运行到地球和太阳之间,同时三者又恰好在一条视线上,从地球上看去,月亮遮住了太阳,于是发生了日食。同样的道理,当月亮遮住的天体是遥远的星星时,这种天象就叫月掩星。

月球在围绕地球运行期间,经常会掩蔽背景的恒星。由于月球没有大气,恒星的视面积又非常微小,因此,被掩恒星会近乎一瞬间的消失或重现于月面边缘。大多数观测者都会选择在月球暗面边缘发生的掩星现象来观测,因为月球的光芒不会影响观测与计时。

由于月球轨道倾斜于黄道,任何黄经小于6.5°的恒星皆有机会被掩,这些恒星中有4颗属于1等星,包括轩辕十四、角宿一、心宿二及毕宿五。

在掩带边缘(称为南限或北限)数千米的地区,当月球不规则的边缘掠过恒星的时候,观测者会看见恒星数度消失及重现,称为掠掩。由于观测掠掩能间接得出月面边缘的准确地形,因此比一般月掩星更具科学价值,现象本身亦更具可观性。

赤道仪

天文学家(更多是业余天文爱好者)会对月掩星现象准确计时,精度达至几分之一秒的观测较有科学价值,尤其是可以用来增加月球地形的测量精度。对月掩星作光度测量更可以发现一些难以用望远镜分解的密近双星。此外,由于早期射电望远镜的空间分辨率不足,天文学家亦需要仰赖月掩射电源来求出射电源的准确位置。

从地球观看,一年总会发生好几次月掩行星的现象。由于行星具有一定的视面积,因此掩带旁边的地区可见行星一部分被月球缓缓遮蔽。

掩星附近星图略图

如果以角度来测量,月亮是个直径约半度的天体,在天上自西向东运动,平均以每天13度的速率在星空穿行,用27天多的时间周天1圈。一个这么大的圆盘,掩遮背景上星星是经常有的现象。如果月亮是个有大气圈的天体,当月掩星之前,将要被掩的星星的亮度会逐渐减弱,接着再消失在亮东边缘;过一会儿,被掩的星隐约从西边边缘探出头来,一点点变亮,当月亮向东远去厚,星星才复原。然而,早在几百年前,天文学家用望远镜观测月掩星时就已发现被掩的星是瞬息即逝地立即消失,而后又干净利落地复现。从那时起人们已知道,月亮上没有大气。这是月掩星现象对人类认识宇宙的一个贡献。

观测掩星

为什么月掩星到今天仍是天文学家的研究课题,又是天文爱好者的观测对象呢?总的来说,人类对月亮的运动规律,已有了很好的了解:月亮和地球在相互引力作用下,绕地球公转。然而,月亮在天上的视轨迹却是一幅十分复杂的图象,时快时慢,左摇右摆。难怪前人要用"月躔"一词来形容月亮的古怪轨迹了!造成这一事实的原因,除了太阳和行星都对月亮施加引力影响外,地球和月亮本身结构并不是那么简单的、均匀的,也是一个重要原因。所以,仔细地观测月掩星,精确地记录掩星从开始(称为掩始)到结束(称为掩终)的时刻和方位,对比理论计算和实测的差异,找出根源所在,就能够进而改善月亮运动理论和地球物质分布理论。

蟹状星云

月亮还遮掩它的视轨道附近的射电源、红外源和X射线源。20世纪50年代,正是根据月掩金牛座强射电源的实测,才成功地指出,这是公元1054年超新星--蟹状星云辐射出的光源的遗迹。

蟹状星云位于金牛座,距离我们大约6500光年,大小约为12×7光年,亮度是8.5星等,肉眼看不见。对蟹状星云最早的记录出自英国的一个天文爱好者(1731年),1771年法国天文学家梅西耶在制作著名的"星云星团(M)表"时,把第一号的位置,留给了蟹状星云,编号为M1。

1892年美国天文学家拍下了蟹状星云的第一张照片,三十年后天文学家在对比蟹状星云以往的照片时,发现它在不断扩张,速度高达1100千米/秒,于是人们便对蟹状星云的起源发生了兴趣。由于蟹状星云扩张的速度非常快,于是天文学家便根据这一速度反过来推算它形成的时间,结果得出一个结论:在九百多年前,蟹状星云很可能只有一颗恒星的大小。因此1928年美国天文学家哈勃首次把它与超新星拉上了关系,认为蟹状星云是公元1054年超新星爆发后留下的遗迹。

那么能不能找到1054年超新星爆发的记录呢?在西方的史料中,没有找到相关的任何记录,但在中国的史料中,却找到了很多有关1054年曾有过超新星剧烈爆发的珍贵记录资料。《宋史.天文志》载:"至和元年五月己丑(1054年7月4日),(客)出天关,柄可数寸,岁余稍没。"《宋会要缉稿》中则载:"晨出东方,守天关,昼见如太白,茫角四出,色亦白,凡见二十三日。"根据中国的史料记载可知:1054年7月4日,在金牛座突然出现了一颗非常明亮的星星,最亮时亮度超过-5星等,白天也可见,一直持续到1056年4月6日才从肉眼中消失,历时643日。

〔问题在线〕:

为什么月掩星到今天仍是天文学家的研究课题,又是天文爱好者的观测对象呢?

〔专家释疑〕:

总的来说,人类对月亮的运动规律,已有了很好的了解:月亮和地球在相互引力作用下,绕地球公转。然而,月亮在天上的视轨迹却是一幅十分复杂的图象,时快时慢,左摇右摆。难怪前人要用"月躔"一词来形容月亮的古怪轨迹了!造成这一事实的原因,除了太阳和行星都对月亮施加引力影响外,地球和月亮本身结构并不是那么简单的、均匀的,也是一个重要原因。所以,仔细地观测月掩星,精确地记录掩星从开始(称为掩始)到结束(称为掩终)的时刻和方位,对比理论计算和实测的差异,找出根源所在,就能够进而改善月亮运动理论和地球物质分布理论。

〔探索指南〕:

1892年美国天文学家拍下了蟹状星云的第一张照片,三十年后天文学家在对比蟹状星云以往的照片时,发现它在不断扩张,速度高达1100千米/秒,于是人们便对蟹状星云的起源发生了兴趣。由于蟹状星云扩张的速度非常快,于是天文学家便根据这一速度反过来推算它形成的时间,结果得出一个结论:在九百多年前,蟹状星云很可能只有一颗恒星的大小。因此1928年美国天文学家哈勃首次把它与超新星拉上了关系,认为蟹状星云是公元1054年超新星爆发后留下的遗迹。