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2019-11-29夜空中的守望者- 望遠鏡如何保衛地球? 600 期

Author 作者 林彥興 /清大物理/天文物理雙專長,努力於陰溝中仰望星空。

⚠注意──地球附近有埋伏!

水金地火木土天海,八大行星大家都耳熟能詳。但是太陽系中除了行星,還有許多小行星、彗星等天體;這些天體是科學家相當熱衷的研究目標,因為它們像時空膠囊一般保留著太陽系形成之初的資訊。

然而,若是這些小天體太靠近地球,就會成為致命的威脅。例如,僅 100公尺大的小行星以每秒17公里的速度撞上地球,就能釋放出接近人類史上最強核武──沙皇氫彈(Царьбомба)的威力;如果速度更快或質量更大,後果更是不堪設想。而且這些撞擊並非杞人憂天,1908年俄羅斯的通古斯爆炸、2013年的車里亞賓斯克事件(圖一), 都是這種過度接近的結果。因此,想要保衛地球免受這些彗星、小行星等「近地天體(near earth objects)」撞擊,天文學家的首要任務,就是要在茫茫夜空中尋找它們的身影。


圖一:2013年隕石劃過俄羅斯車里亞賓斯克上空,釀成災情。(By Svetlana Korzhova, CC BY-SA 3.0, Wikimedia)


知己知彼──小行星是怎麼被找到的?

近地天體們跟行星們一樣繞行太陽公轉,且在天空中的位置會不斷地改變,因此搜尋近地天體的基本原理就和搜尋行星相同:在不同的時間,對著天空中的同一片區域拍照,尋找照片中移動的光點,那就可能是一顆近地天體。經由長時間的觀測,天文學家就能利用這些影像推算出它的位置、速度,進而計算出它運行的軌道,預測小天體未來會出現的位置,評估它們與地球相撞的風險。

然而與行星相比,近地天體們實在是太小、太暗了!近地天體的視星等〔註一〕動輒20 等以上,足足比最暗的 行星──海王星要暗數萬倍,天文學家往往需要使用大型望遠鏡才能夠即時發現它們。

天文學家的秘密戰隊

但是,想用傳統的大型望遠鏡來搜尋近地天體可謂天方夜譚,為什麼呢?

首先,大望遠鏡雖然集光力強、解析度高,可以看到很暗的天體,但它們的視野多半相當狹小。舉例來說,臺 灣最大的望遠鏡──中央大學鹿林一米望遠鏡(Lulin One-meter Telescope, LOT)視野不到滿月的五分之 一,想要用這麼小的視野去搜尋全天空的小行星,即使一個區域只拍短短一分鐘,也要不眠不休地拍兩年才能將全天空拍完一次。如果加上不同濾鏡、望遠鏡的移動、資料的讀取、白天無法觀測或天氣不好無法觀測等眾多因素,時間還會成倍延長。

再者,高性能的大型望遠鏡可說是相當搶手的珍稀物資。與大眾想像的不同,大部分觀測天文學家並不會親自打造或是操作望遠鏡,而是會將大家的資源集合起來興建更加強大的望遠鏡,並由專門的技術人員進行操作。天文學家的工作,則是撰寫觀測計劃書(proposal)給這些天文台,請天文台進行觀測後將資料分析、整理成科學成果,然後發表論文。

想要得到創新或重要的科學結果,好的觀測資料往往相當重要。因此每年這些大望遠鏡開放申請時,來自世界各地的科學家們都會使出渾身解數撰寫觀測計劃書,努力向天文台說明自己的觀測目標多麼重要、預期可以得到多有趣的結果及需要多少觀測時間。而望遠鏡的運營者,則會在海量的企劃書中挑選最有價值的幾篇,然後分配觀測時間進行觀測。在競爭如此激烈的情況下,又怎麼可能等你去拿大望遠鏡慢慢的搜尋近地天體呢?

因此,與其去跟其他人爭奪大望遠鏡,不如專門為了搜尋近地天體的需求去打造也許鏡面小,但視野廣大的望遠鏡,才能更有效的搜尋近地天體。
……【更多內容請閱讀科學月刊第600期】