韦伯太空望远镜采用高精度技术在掠掩星过程中侦测女凯龙星光环

2013年6月3日，以费利佩·布拉加-里巴斯（Felipe Braga-Ribas）为首的观测团队，使用欧洲南方天文台设置于巴西、阿根廷和智利的天文台，进行小行星掩天蝎座12.4等UCAC4 248-108672恒星观测过程中，发现女凯龙星（Chariklo）这颗小行星拥有一个由两个薄环组成的系统。 天文学家原先预计这种环只会出现在木星、天王星和海王星这些大行星的周围。

当女凯龙星掩星时，天文学家一直注视目标恒星，正如预测一样，女凯龙星挡住背景恒星的星光。 不过令他们惊讶的是，这颗恒星在女凯龙星掩始之前闪烁了两次，掩终之后再次闪烁了两次。 闪烁现象是由两个细环引起，这是首次在小行星周围发现有光环的存在。

西班牙格纳达（Granada）安达卢西亚天体研究所（Instituto de Astrofísica de Andalucía）的巴勃罗·山度士-桑斯（Pablo Santos-Sanz）向大学天文学研究协会申请美国航天局的韦伯太空望远镜太阳系保证时间观测（Webb’s solar system Guaranteed Time Observations）机会目标（Target of Opportunity）计划，进行掩星观测。

幸运的是，他们发现女凯龙星在2022年10月18日有一次几乎遮掩盖亚6873519665992128512星现象。 这是韦伯太空望远镜首次进行掩星观测。 为了完善这个不寻常事件，他们使用韦伯太空望远镜的近红外相机密切监测被掩恒星的光度变化。

由女凯龙星光环产生光度下降清晰地探测到，显示一种使用韦伯太空望远镜去探索太阳系天体的新方。 光度变化曲线是目标天体的光度随时间变化的曲线图，观测结果显示光环的出现与预测完全一致。

山度士-桑斯解释：随着对数据的深入研究，将探索是否能够清楚地分辨出这两个光环。 从得到的光度变化曲线的形状，还可以探索光环的厚度，它的大小和颜色，光环的粒子等等。 希望深入了解为什么这颗小行星拥有光环，并可能检测到它有更微弱的新光环存在。

这些环可能由小水冰颗粒和深色物质混合而成，这些物质是过去与女凯龙星相撞的冰体的碎片。 女凯龙星太小太远，甚至韦伯太空望远镜都无法直接拍摄到与小行星本体分离的光环，因此掩星是唯一可以用来侦测和研究光环的工具。

掩星后不久，韦伯太空望远镜再次瞄准女凯龙星，这次是为了收集对女凯龙星及它的光环反射阳光的观测。 光谱显示女凯龙星系统中水冰的三个吸收线。 虽然以前地面望远镜的光谱观测暗示可能有这种水冰的存在，但韦伯太空望远镜光谱的精致质量，首次清晰证实结晶冰存在的特征。

第二次观测女凯龙星计划的首席研究员（Dean Hines）补充说：「由于高能粒子将冰从结晶态转变为非晶态，结晶冰的存在显示女凯龙星系统经历了连续的轻微碰撞，这些碰撞暴露小行星的原始物质，触发结晶过程。」

光谱中的大部分反射光来自女凯龙星本身，计算机模拟显示，在观测过程中从韦伯太空望远镜看到的光环形成区域可能是小行星本身面积的五分之一。 韦伯太空望远镜的高灵敏度与详细的模型相结合，可能使我们能够整理出与女凯龙星不同的光环物质的特征。 随着光环的可视角度变化，通过韦伯太空望远镜持续观测女凯龙星数年之后，或许能够从光环本身得到更多的数据和信息。

韦伯太空望远镜成功观测掩星的光度变化曲线和女凯龙星的光谱，为未来几年探索遥远太阳系中的小天体打开了新方法大门。 凭借韦伯太空望远镜的高灵敏度和红外线功能，科学家可以利用掩星方法提供的独特科学回报，并利用接近同时拍摄的光谱数据，增强这些观测的完整性。 对于研究太阳系中遥远小天体的科学家来说，这些工具将是巨大的财富。

【图、文：节译自美国航天局2023年1月25日新闻公布】

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