台美科學家建功 研究成果榮登 Science 精確測量昴宿距離 解答數十年天文懸案

作者 | 發布日期 2014 年 09 月 02 日 18:11 | 分類 天文
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昴宿星團到底距離我們有多遠?過去困擾科學界幾十年的問題終於有解,一組包含臺灣和美國的天文學家,組成跨國團隊,利用分布在全世界的電波望遠鏡,組成觀測陣列,成功測量得到昴宿星團的距離 443 光年,精確度達到前所未有的 1%。觀測成果登上國際重量級的 Science 期刊。而測量的數值也將成為黃金標準,用以校正未來所有的觀測成果。



星團間的「黃金標準」

高掛在天上的昴宿星團,在希臘神話當中被稱作七姐妹。在天文學上,昴宿星團是一個疏散星團,由大質量恆星組成,大約形成在一億年前,差不多是恐龍橫行在地球上的年代。因為昴宿星團離地球相當近,它可說是天文學家最重要的「宇宙實驗室」,告訴我們這一類的星團是如何形成。另外,天文學家對昴宿星團的了解相對透徹,因此昴宿星團的距離也成為度量其他星團距離的「黃金標準」。

 

昴宿星團與地球的距離 莫衷一是

在 1990 年代以前,天文學家公認從太陽到昴宿星團的距離是 430 光年。但是,1989 年歐洲發射的伊巴谷衛星測量了千個恆星的距離,得出的結論是昴宿星團離我們只有 390 光年!雖然結果只有大約 10% 的差別,對天文學其他研究領域的影響卻是天差地別。因為距離是換算其他物理量的標準,既然距離要修正,根據距離換算得到的物理量,也會跟著不一樣。這樣一來,為了彌補這個「不一樣」,天文學家就必須設想許多新的、未知的物理過程作用在這個新形成的星團上。舉例來說,距離差 10%,換算得到的亮度就差 20%。

數十年來,昴宿星團的距離就成了一個科學懸案。如果它比較近,那這些新的「物理過程」到底是什麼?如果它比較遠,要怎麼提高測量的精確度?天文學家利用分布在全世界的電波望遠鏡,組成一個觀測陣列(VLBI)。利用 VLBI,天文學家可以把觀測的精確度,提升到前所未有的境界。就好比一個人在紐約,卻能測量位在洛杉磯,一枚銅板的厚度。

 

用設備及方法 成功解懸案

有了設備,還必須有實驗的方法。在天文學上,最可靠的距離測量法,莫過於「三角視差」。人眼可以分辨物體的遠近,是相同的道理,左眼和右眼,看到的物體相對背景之間會有位置的偏差,距離近偏差大,距離遠偏差小,人眼就有遠近的感覺,可以分辨距離。利用三角視差法,天文學家就可以精確測量昴宿星團的距離。

利用這個方法,一群跨國合作的天文學家,利用三角視差,仔細測量了幾個昴宿星團的成員星,每一個星星必須在半年之內再觀測一遍,距離的測量精確度可以達到 1%。根據最新測量的結果,昴宿星團的距離是 443 光年,比伊巴谷衛星測量的結果來得遠!對天文學家來說,這的確令人振奮,因為天文學家就不需要為了設想一些未知的「物理過程」傷透腦筋。現在的問題變成,到底伊巴谷衛星的測量,出了什麼差錯!2013 年 12 月歐洲太空中心發射了另一艘太空船「蓋亞」,準備利用相同的方法,再次測量恆星的距離。這一次,天文學就可以利用電波望遠鏡陣列的結果再次檢驗,到底伊巴谷衛星的測量哪裡有問題?

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存在於各洲神話的星團 謎底終於解開

為什麼,科學家對昴宿星團這麼有興趣呢?很簡單,不只在無論是亞洲、歐洲還是美洲,幾乎都可以見到與昴宿星團有關的神話故事。在美洲原住民社群當中,昴宿星團也被當做是「視力測驗」的好對象。一般來說,正常的人眼可以看見星團裡最亮的 5~9 顆星星,眼力越好,看得越多。

這一次的測量結果,不僅解決一個懸宕已久的科學問題,成果也登上國際重量級科學期刊 Science,即將在最近一期發表。這一個國際研究團隊,主要由加州大學聖地牙哥分校的卡爾.梅麗絲(Carl Melis)博士領導,研究的概念由任職於中央研究院天文及天文物理研究所的研究人員傑夫瑞.包爾(Geoffrey Bower)發起。 

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