一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家小組利用智利及澳大利亞的巨大望遠(yuǎn)鏡量度位于劍魚(yú)座的紅巨星劍魚(yú)R,它的視直徑比任何其他的恒星為大,比占據(jù)全天最大地位75年的參宿四還要大三成。
測(cè)量恒墨的尺度
由于恒星距離我們相當(dāng)遙遠(yuǎn)。要測(cè)量它們的尺度一點(diǎn)也不易,例如,我們把太陽(yáng)放在最接近太陽(yáng)的恒星那里(接近4光年),相當(dāng)于把一個(gè)1馬克硬幣放在500千米外,它的大小只有百分之一弧秒。對(duì)于最強(qiáng)的天文望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō),量度這么細(xì)小的角度仍然是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的工作。
理論上,解像力隨著增加望遠(yuǎn)鏡的直徑而提升,而事實(shí)上,即使地面望遠(yuǎn)鏡的直徑有10米之大,它對(duì)于可見(jiàn)光的解像能力與一臺(tái)口徑20厘米的望遠(yuǎn)鏡相距不遠(yuǎn)。主因在于大氣層擾動(dòng)或湍流所造成的星光,它把細(xì)致的影像變得模糊,阻礙了天文學(xué)家的研究。
第一顆被測(cè)定為最大的恒星是獵戶座的參宿四,它的角直徑是在20世紀(jì)20年代初期由阿拔·米高遜及其小組利用加州威爾遜山的胡克望遠(yuǎn)鏡測(cè)定為千分之四十四弧秒。現(xiàn)在它保持了75年的地位拱讓給了劍魚(yú)R,劍魚(yú)R距離我們200光年,是一顆周期338天的變星。光度變化由最亮?xí)r的4.8等至最暗時(shí)的6.6等,最亮?xí)r我們可憑肉眼看到它,可是在最暗時(shí)卻需要利用小型望遠(yuǎn)鏡才能找到它。
NTT干涉觀測(cè)
1993年8月,天文學(xué)家小組利用3.5米NTT新技術(shù)望遠(yuǎn)鏡指向劍魚(yú)R。當(dāng)時(shí)把NTT蓋上一個(gè)不透明的上蓋,在上面3米×3米直徑處排布了七個(gè)直徑25厘米的小孔,剛好比上空大氣層的湍流單元為小,而這個(gè)上蓋就是要把湍流造成的影響降低。NTT的高解像力從七個(gè)小孔造成的七條光柱在望遠(yuǎn)鏡的焦點(diǎn)處互相干涉,每一對(duì)孔對(duì)恒星影像產(chǎn)生一組干涉條紋。結(jié)果造成了21組不同的干涉條紋于焦面處,由攝影機(jī)把條紋記錄,并隨后由電腦分析所得到的反差。利用望遠(yuǎn)鏡解析遙遠(yuǎn)的恒星,它表現(xiàn)為很小視面積,因此所有21組條紋的反差大致上是相同的。如果恒星是很接近的,擁有一定的可觀尺度,那么干涉條紋所造成的反差會(huì)使上蓋的小孔降低。兩者比較,對(duì)于遙遠(yuǎn)未能分析的恒星更能有效地利用其條紋反差估量出它的尺度。
現(xiàn)時(shí)NTT利用由德國(guó)麥斯一普朗克地外物理研究院所發(fā)展的SHARP敏銳攝影機(jī)于紅外波段進(jìn)行觀測(cè),拍下了數(shù)百?gòu)垊︳~(yú)R的照片,每張曝光時(shí)間只是十分之一秒。這已足以把21組條紋捕捉下來(lái),隨即利用網(wǎng)罟γ作為校準(zhǔn)星,這個(gè)程序反復(fù)了很多次,拍下了數(shù)千張圖像以作分析。
1995年,利用澳大利亞3.9米英一澳望遠(yuǎn)鏡和不同的干涉資料及分析技術(shù),進(jìn)行了補(bǔ)充觀測(cè),以確認(rèn)較早時(shí)的觀測(cè)結(jié)果。
觀測(cè)結(jié)果
結(jié)果清晰地顯示出劍魚(yú)R的角直徑為0.057±0.005弧秒,比參宿四還要大三成。
令人感到詫異的除了它的巨大視直徑外,就是它既然是這樣巨大,何以不是老早被發(fā)現(xiàn)呢?
阿拔·米高遜和他的小組測(cè)量了很多視直徑大的恒星,可是對(duì)于位于南半球的劍魚(yú)R,卻很難從位于北半球的干涉儀測(cè)得到。劍魚(yú)R的可見(jiàn)光也不是很強(qiáng),而在紅外波段卻是屬于天空中最亮恒星中的一顆,因此,在1971年,美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的羅拔·榮預(yù)言它應(yīng)是一顆大恒星到現(xiàn)在才被證實(shí)。
今次對(duì)劍魚(yú)R的觀測(cè)是在紅外波段里,如果以較短波長(zhǎng)觀測(cè),應(yīng)該可以得到一個(gè)較理想的分析度。而利用紅外波段則較難達(dá)到,但可以較準(zhǔn)確地估量恒星光球的直徑。然而,透過(guò)高質(zhì)望遠(yuǎn)鏡及高質(zhì)紅外攝影機(jī),卻可得到較理想的效果。
劍魚(yú)R距離我們大約200光年,恒星直徑相當(dāng)于370±50倍于太陽(yáng),如果把劍魚(yú)R放在太陽(yáng)的位置上,它將會(huì)把火星軌道也包括在內(nèi)。當(dāng)然,實(shí)際更大的恒星也不無(wú)例子——參宿四便是了。劍魚(yú)R之所以成為最大視面積的恒星,即使較接近我們,也是它本身巨大的結(jié)果。質(zhì)量方面,它與太陽(yáng)相仿,可是光度卻是太陽(yáng)的6500倍。
VLT干涉學(xué)
雖然利用不同望遠(yuǎn)鏡把光線收集而進(jìn)行干涉觀測(cè)較難進(jìn)行。但來(lái)自美、英、法的小組經(jīng)試驗(yàn)成功,望遠(yuǎn)鏡有一定間距,可增加間距模擬為一臺(tái)直徑百米的望遠(yuǎn)鏡,角直徑分解度也可達(dá)到千分之一弧秒。
將來(lái)的觀測(cè)活動(dòng)主要圍繞甚大望遠(yuǎn)鏡陣開(kāi)展,它包括了四臺(tái)直徑8.2米的主要望遠(yuǎn)鏡及數(shù)臺(tái)1.8米的活動(dòng)輔助望遠(yuǎn)鏡,間距可延伸達(dá)200米。VLT的解析度比英一澳望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)40倍,天文學(xué)家將可以更細(xì)致地研究更遙遠(yuǎn)的天體了。