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台美科学家精确测量昴宿距离解答数十年天文悬案

台美科学家精确测量昴宿距离解答数十年天文悬案

观测成果登上国际重量级的Science期刊。而测量的数值也将成为黄金标準,用以校正未来所有的观测成果。

星团间的「黄金标準」

高挂在天上的昴宿星团,在希腊神话当中被称作七姐妹。在天文学上,昴宿星团是一个疏散星团,由大质量恆星组成,大约形成在一亿年前,差不多是恐龙横行在地球上的年代。因为昴宿星团离地球相当近,它可说是天文学家最重要的「宇宙实验室」,告诉我们这一类的星团是如何形成。另外,天文学家对昴宿星团的了解相对透彻,因此昴宿星团的距离也成为度量其他星团距离的「黄金标準」。

昴宿星团与地球的距离莫衷一是

在1990年代以前,天文学家公认从太阳到昴宿星团的距离是430光年。但是,1989年欧洲发射的伊巴谷卫星测量了千个恆星的距离,得出的结论是昴宿星团离我们只有390光年!虽然结果只有大约10%的差别,对天文学其他研究领域的影响却是天差地别。因为距离是换算其他物理量的标準,既然距离要修正,根据距离换算得到的物理量,也会跟着不一样。这样一来,为了弥补这个「不一样」,天文学家就必须设想许多新的、未知的物理过程作用在这个新形成的星团上。举例来说,距离差10%,换算得到的亮度就差20%。

数十年来,昴宿星团的距离就成了一个科学悬案。如果它比较近,那这些新的「物理过程」到底是什幺?如果它比较远,要怎幺提高测量的精确度?天文学家利用分布在全世界的电波望远镜,组成一个观测阵列(VLBI)。利用VLBI,天文学家可以把观测的精确度,提升到前所未有的境界。就好比一个人在纽约,却能测量位在洛杉矶,一枚铜板的厚度。

台美科学家精确测量昴宿距离解答数十年天文悬案

用设备及方法成功解悬案

有了设备,还必须有实验的方法。在天文学上,最可靠的距离测量法,莫过于「三角视差」。人眼可以分辨物体的远近,是相同的道理,左眼和右眼,看到的物体相对背景之间会有位置的偏差,距离近偏差大,距离远偏差小,人眼就有远近的感觉,可以分辨距离。利用三角视差法,天文学家就可以精确测量昴宿星团的距离。

利用这个方法,一群跨国合作的天文学家,利用三角视差,仔细测量了几个昴宿星团的成员星,每一个星星必须在半年之内再观测一遍,距离的测量精确度可以达到1%。根据最新测量的结果,昴宿星团的距离是443光年,比伊巴谷卫星测量的结果来得远!对天文学家来说,这的确令人振奋,因为天文学家就不需要为了设想一些未知的「物理过程」伤透脑筋。现在的问题变成,到底伊巴谷卫星的测量,出了什幺差错!2013年12月欧洲太空中心发射了另一艘太空船「盖亚」,準备利用相同的方法,再次测量恆星的距离。这一次,天文学就可以利用电波望远镜阵列的结果再次检验,到底伊巴谷卫星的测量哪里有问题?

存在于各洲神话的星团谜底终于解开

为什幺,科学家对昴宿星团这幺有兴趣呢?很简单,不只在无论是亚洲、欧洲还是美洲,几乎都可以见到与昴宿星团有关的神话故事。在美洲原住民社群当中,昴宿星团也被当做是「视力测验」的好对象。一般来说,正常的人眼可以看见星团里最亮的5~9颗星星,眼力越好,看得越多。

这一次的测量结果,不仅解决一个悬宕已久的科学问题,成果也登上国际重量级科学期刊Science,即将在最近一期发表。这一个国际研究团队,主要由加州大学圣地牙哥分校的卡尔.梅丽丝(CarlMelis)博士领导,研究的概念由任职于中央研究院天文及天文物理研究所的研究人员杰夫瑞.包尔(GeoffreyBower)发起。

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