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2011-10-22

雨燕卫星的“新”工作:彗星观测

归档于: 天文空间科学, 行星科学 @ 8:25 am

雨燕卫星本来的设计目标是伽玛射线暴的监测与后续研究,为了完成这个任务,卫星上除了携带有负责触发的BAT之外,还搭载了X射线望远镜XRT以及紫外/光学望远镜UVOT。因为高红移爆发的光学余辉往往被红移到了光谱红端甚至红外波段,因此只对短波敏感的最后一台仪器对伽玛暴观测来说倒没有预期来得实用。不过在数年的运行中,它却找到了计划之外新的目标——彗星,并与其他星载设备一道在此领域贡献良多。

之前曾经提到过,雨燕卫星的UVOT望远镜光学质量堪称一流。虽然它的口径只有30厘米,但是足以跻身当前最好的紫外望远镜之列,尤其是在哈勃空间望远镜一度丧失紫外观测能力之后。而伽玛暴观测在时间上的灵活性以及卫星的快速反应能力也能方便卫星控制人员在爆发发生的间隙安排其他项目,彗星就是其中之一。除了UVOT的高质量,雨燕关注彗星另有其他优势——它是现役唯一一颗可以覆盖从光学到软伽玛射线的深空观测卫星,非常适合多波段研究。

第一次这样的事例是在卫星刚发射不久的2005年,当年夏天,深度撞击号探测器撞击了坦普尔1号彗星。这是了解彗星内部结构和成分的难得机会。在撞击后的数小时内,雨燕卫星进行了多波段持续的监测,并发现了撞击导致的彗星紫外(左)和X射线(右)亮度激增:

图片提供:PSU

由于UVOT装备了具有紫外分光能力的掠射棱镜,对彗星组分的研究自然也少不了。对于雨燕卫星和彗星研究来说都很幸运的是,UVOT望远镜的观测波段正好可以覆盖含碳有机分子以及羟基的辐射波段,而这些分子又都可以在彗星路过太阳附近的时候挥发出来,也是最为人关注的成分。下图就是3个例子,从左到右分别是鹿林彗星、8P/塔特尔与73P/Schwassmann-Wachmann 3彗星,这些图像曾在2009年国际天文年的天文学100小时期间代表雨燕卫星亮相:

图片提供:NASA/Swift/Bodewits & Immler

至于彗星的掠射棱镜光谱,乍看很不中看。下图是UVOT拍摄的鹿林彗星光谱,的中的a和b都是模拟图,只是b额外考虑了观测期间彗星运动导致的模糊。c和d图才是真正的光谱,其中c是原始图,d是扣除了背景星光以及彗发影响之后的结果:

图片来源:Bodewits et al. (2011)

借助分光数据,研究者可以推算出彗星的水分挥发速率,还可以推断直接从彗星本体挥发出的母代分子与受阳光紫外线影响瓦解或电离形成的子代分子之间的关系。上面这三颗彗星之间的差异很大,鹿林彗星比另两颗的水分更充足,含碳分子也没有被耗尽,这应该是与其第一次造访内太阳系有关。另外因为针对鹿林彗星的观测比较多,人们还发现其水蒸气的数量随时间有很大的变化。

另一个与彗星有关的工作是辨认596号小行星Scheila的身份。这一天体在2010年底突然增亮,还出现了疑似彗发与彗尾的结构(见下图),于是有人怀疑它是否本为彗星。不过利用UVOT进行的分光观测表明,它的光谱中并不具备彗星的常见成分如羟基和氰基,所以更有可能是遭受撞击的小行星。

图片提供:NASA/Swift/DSS/D. Bodewits (UMD)

当然雨燕也进行过彗星的X射线观测,这其中最好的例子是鹿林彗星,因为它的尘埃成分较少,而气体成分居多。由于彗星的X射线辐射机制主要是电荷交换,也就是来自太阳风的离子俘获彗星气体成分中的电子,鹿林彗星的环境显然更适合这一过程发生,因此X射线能段的亮度也就更高。但雨燕在这一点上比不上规模更大的X射线望远镜,如钱德拉X射线天文台就可以观测到8P/塔特尔彗星的X射线踪迹,但是雨燕的XRT做不到。

说了一堆优点和成绩,其实雨燕卫星对彗星研究最大的不足是,因为UVOT比较灵敏,反而不能用它去观测过亮的彗星,否则会损坏相关探测器,所以这样一来反而错过了很多好机会,比如2007年17P/Holmes彗星突然的爆发。但是就算如此,这颗卫星仍然是当今彗星研究独到的利器之一。

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