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2016-02-01恆星亮度變化暗示文明存在？衰減的星光
554 期
Author 作者
金升光／任職於中央研究院天文及天文物理研究所。
系外行星的發現就像科幻電影裡繽紛的異星世界引人遐思。天文學家嚴謹的面對研究，論文中科學證據與推論分陳；然而擅長捕風捉影的媒體，若再加上不講究精準的語言，真實與幻想的界線往往只剩下版面的差別。當天文研究扯上外星文明時，就如同點燃的引信瞬間爆發。這回的恆星主角照例有個平凡名字：KIC 8462852但它看起來真的有點奇怪。
系外行星搜尋任務
美國航太總署在2009年發射了克卜勒太空船研究系外行星，也紀念克卜勒發現行星橢圓軌道四百周年年。和拍攝美美照片的哈柏太空望遠鏡有所不同，克卜勒望遠鏡持續監測天鵝座翅膀附近，在約相當於24個滿月直徑的天區內，選定將近15萬顆恆星的亮度變化。因為通訊和儲存能力有限，由42塊晶片組合總畫素將近一億的相機，只能記錄下載一小部份預先設定好的畫素資料，分析目標恆星的光變曲線。如果觀測時恰好有系外行星遮住背景恆星的光芒，好比像日食或金星凌日，亮度變化就會呈現在光變曲線中，亮度的改變與行星和恆星之間的相對大小有關。例如太陽直徑大約是木星的10倍，對應的亮度變化不會超過1%；反過來說，恆星亮度改變卻未必是系外行星遮掩的結果，需要其他的佐證。截至目前為止，克卜勒已經發現超過1000顆系外行星，近4700個目標尚待確認，另外還包括超過2100對食雙星。
KIC（Kepler Input Catalog）是為克卜勒任務特別編定的星表，包含了1300萬個天體。雖然固定的監測目標遠低於此數，並不表示科學家們有足夠能力分析15萬顆恆星所有可能的亮度變化。單純的行星凌（transit）顯現一定的周期和光變特性，可以透過簡單的程式來自動篩選。但是程式有它的假設和侷限，不難想見系統包含一些雜訊，儀器缺陷，涵蓋4角秒平方天空的單一畫素中可能有其他的伴星或背景星，目標可能擁有不止一顆行星，恆星本身亮度也可能隨著閃焰、黑子、自轉而變化。在這充斥海量資料的大數據年代，「行星獵人」（Planet Hunters）計畫應運而生；利用個人電腦閒置時間搜尋外星人的ET@Home計畫目前雖尚未接到外星小綠人打來的電話，卻成功的引起一般大眾參與科學的興趣。涵蓋主題更廣泛的「網路公民科學」（Citizen Science，參閱本刊527期，2013年11月）概念，彙整網路遠端的人力和智慧，嘗試解決從天文太空到地表生物等不同疑難，透過志願者的幫助，常會發現一些意料之外的特例。迄今，「行星獵人」計畫已經發表了10篇論文，包括這顆謎樣的KIC 8462852。
難以解釋的亮度變化
以耶魯大學博雅吉安（Tabetha Boyajian）為首的團隊在2015年9月發表了他們的研究結果，當時並未激起太多的漣漪。KIC 8462852看起來就像是標準的主序星，表面溫度比太陽高一點，半徑大一些，自轉速度有點快，距地球約1500光年。在地面高解析度照片中顯示，相隔2角秒外有顆暗星，亮度只有主星的2%。如果兩星到地球距離相同，則彼此相隔可能不到900天文單位。怪異的是在觀測的四年之中某幾天，整體亮度可以下降15%到20%，除了推定的自轉周期0.88天，沒有明顯的周期，亮度減弱與數天後回復的變化並不大對稱，假想的初切（ingress）與終切（egress）過程間有時也出現反轉的亮度起伏。一般行星凌的信號相當微弱，因為行星不夠大；球狀外型則產生單純規律的亮度變化。當然偶而有些怪胎，像是超巨大的行星環或拱星盤，在初生成的行星系統比較可能見到。
作者探討包括系統、恆星本身、外在環境等因素，認為類似當年撞上木星的舒梅克-李維9號的彗星群或許能解釋觀測結果。大彗星的彗髮直徑可和恆星相當，質量小、數量多或許可以說明系統缺乏明顯周期和規律的變化。目前預估2017年5月有機會再次看到KIC 8462852大幅度的亮度衰減。論文的副標題「Where' s the flux?」，對這神祕的來源下了註腳。研究團隊內部戲稱它為WTF，和首顆發現的脈衝星被稱為LGM（小綠人）有異曲同工之妙。不過，賓州州立大學的萊特（Jason Wright）稱之為Tabby' s star或LGM-2。
隨著文明發展，增加了耗費的能源，更先進的文明若取用整顆恆星的能源也不無可能。早在1960年，物理學家戴森（Freeman Dyson）就提出了「戴森球」（Dyson sphere）的概念。在行星軌道上環繞恆星配置的巨大太陽能裝置或散熱片，更有效利用那些原本會散逸到太空的寶貴能源。這類超大型結構可能具有體積大、質量小、形狀特別、軌道方向可操控等特性，有機會遮掩恆星的光芒，被我們看見。只是，在科學史上諸多的可能性當中，外星文明是最不被看好的選項。萊特的分析在同年10月15日發表，《大西洋》（the Atlantic）月刊早兩天登出了訪談後的報導。而地外智慧生物搜尋（SETI）研究所接受了萊特的建議，也在同年11月發表電波觀測的初步結果，在靈敏範圍內沒有偵測到來自1500光年外的可疑訊號。
為星空開一扇天窗
您打算「靜觀其變」嗎？KIC 8462852比冥王星還亮，觀測不難。美國變星觀測者協會（AAVSO）正號召東亞的業餘觀測者加入，南投鹿林山上的小望遠鏡也趕在天鵝西沉之前留下記錄。揭開謎底的最後一片拼圖或許很快就會出現。開啟行星獵人網站或是後院的天窗，也許您會看見從天鵝座或其他尚未仔細探索的星空中，有顆星正在對您眨眼呢。
食雙星／兩顆恆星互相環繞，從特定角度觀測可以看到彼此因相互遮掩而產生規律的亮度變化。
初切與終切／行星進入與脫離恆星盤面的過程，就像小圓通過大圓由第一次外切到第二次外切。
主序星／恆星壯年時期，核心產生穩定的氫融合反應提供恆星能量。
行星凌／行星通過恆星盤面與觀測者之間，遮住部份星光的現象。
彗髮直徑／彗髮就像彗星的大氣層。以海爾－波普彗星為例，1997年接近地球時，彗星頭部（彗髮）看起來和夕陽或滿月差不 多大，但是距離比太陽還要遠。