解密星光的人

作者：Jan Hattenbach 翻译：张滨泓 来源：《SkyTelescope》9月刊

   许多天文爱好者是同意以上的评价的。但是如果把天文爱好者的这种行为——愿意花上大把时间和精力在专业研究上——解释为仅仅是为了好玩，这样显然有些偏颇。我想这其中还有更大的韵味。

研究恒星风

    专业天文望远镜近些年的大发展逐渐地蚕食着后院天文观测者为科学领率做出贡献的机会，就像小行星和彗星的发现已经很少发生在天文爱好者身上，但是这并不意味着我们天文爱好者不能在其他新的领率开创出一番天地。随着高分辨率的可移动式光谱仪价格的下降，普通的天文爱好者也可以负担得起这类的仪器，结合上中等口径的天文望远镜即可获得颇有价值的成果，像恒星温度、恒星的化学组成和一般的物理条件等这类数据就变得触手可及。

   使用加纳利天体物理研究所的31寸（787.4mm）反射望远镜，Eversberg和他的同事观测了位于天鹅座的沃尔夫拉叶型星（Wolf-Rayet star）——WR134、WR135、WR137。这类恒星的光球层被高密度、高速运动的气体云所覆盖，在成像观测中并看不出这类恒星有什么不寻常之处，但是在恒星光谱中这些气体云产生了明亮的发射线。通过研究这些发射线，天文学家们正在努力探索恒星隐藏的表面和强劲的星风之间的关系，并且观察到这些星风具有周期性或随机性的集聚现象。

   “我们是天文光谱学界职业学者和业余爱好者合作的典范，”Eversberg这样说到，他本人任职于德国航天局，但是同时也是光谱学研究的志愿者。Eversberg一开始是和Anthony Moffat （任职于蒙特利尔大学）一起做这一领域的研究，在2009年他们产生了通过特纳利夫岛的天文台进行正位于近星点的极热的双星系统WR140观测的动机，这类正处于热门研究领域的恒星被称作星风互撞双星。他们的这一个项目所产生的光谱数据是2001年一次单独的专业研究的5倍。通过这些数据，天文学家们发展了他们对这类恒星系统的质量、轨道周期和轨道倾角的认识。

    在这项研究中，Eversberg和Moffat建立了ConVento组织，该组织的成员来自世界各地，包括业余的和专业的专门致力于研究恒星风现象的人们，其实ConVento在意大利语里的意思就是“顺风”。ConVento的成员大部分是使用他们的后院天文台进行观测，而操作位于特纳利夫岛上的专业设备则是这个项目的重头戏。“我们在2009年的成功表现促使我们获得了2013年的观测时间，专业的天文学工作者他们已经认识到我们现在有能力获得我们所要得到的东西。”Eversberg说。

图片（上）：位于加那利群岛的31寸反射天文望远镜；图片（中）：德国天文学家Tomas Eversberg正和他的团队合作观测；图片（下）：德国天文爱好者Denie Weiss在望远镜控制室工作。

曾经的项目

     专业的天文学家可以接触到位于世界最佳观测地点的最先进的天文望远镜和专业仪器，但是他们所缺乏的则是天文爱好者们所拥有的，这就是时间。长期的观测测量需要花上数周直至几个月以上的时间，这样下来，每做一次观测就要排上很长的队才能轮到自己。其实，一台8-20寸（203-508mm）的天文望远镜配上可移动式的光谱仪就可以得到相似的成果。即使是在受到光污染影响的城市里观测，也可以获得较亮恒星的光谱。

天文光谱观测因此成为了一项新颖的观测项目，在天文爱好者中逐渐传播开，特别是在欧洲的同好群中，其成为了一项“市民科学”。虽然经过了一断时间的发展，但是这个圈子相对来说还是比较小的，“在法国天文圈有100多人对这一领域感兴趣，但只有大约30个人真正投入到观测中，”Thierry Garrel 介绍到，他本人就是法国天文学会光谱部（ARAS）的成员。

但是他们所做的工作只有很少部分能够体现出其价值，Eversberg说：“天文光谱观测是一项很枯燥的工作，你需要花费无数个夜晚进行数据的采集给另外的一些人去做分析，最糟糕的是，这些数据是没办法成像为漂亮的照片的，它们只是一串数字和图表。”唯一可以让你感到自豪的是，你会作为论文的一个作者出现在科学杂志上。Eversberg还指出：“不同于拍摄了无数次的猎户座大星云，那只能是一张张图片而已，我们所做的观测则是可以得出科学结论的。”从这个角度来说，其价值就不言而喻了。

虽然天文学家们已经发现了数十个食双星系统，但其中只有一小部分被详细地研究过，对于长周期的食双星我们更是少有研究，这对于天文爱好者来说则是一个福音，因为减少了来自专业领域的竞争。长周期食双星最著名的例子就是御夫座ε，2009年到2011年是这颗恒星亮度的极小期，因为一团暗气体云遮住了主星，上一次出现这种现象已经是27年前的事情了，那时候天文爱好者们还没有光谱仪呢。在2012年三月刊的SkyTelescope，英国的业余光谱观测者Robin Leadbeater就刊文介绍了业余观测者在光谱观测上的贡献，他们的观测数据帮助天文学家更好地了解了交食尘埃云。通过观测770纳米波段处的钾的吸收线，Leadbeater在恒星开始变暗前数个月就注意到了尘埃云的存在，并且可以持续到正式的交食结束后很长一段时间。

其他长周期的食双星还包括仙后座AZ和仙王座VV，他们的轨道周期分别为9.3年和20.3年。仙王座VV是一个典型的包含了一颗老年红超巨星和一颗炽热的白矮星的食双星系统，它的光谱显示出了强烈的氢、铁发射线。这些发射线来自于包裹着恒星的气体壳，它们随时间会发生变化，而这些变化则预示着星风的形态和风速的变化，另外也和变星本身以及他们的轨道参数有关。

通过观测仙后座AZ的交食所得出来的结论，Cezary Galan（波兰尼古拉哥白尼大学）鼓励业余观测者们继续监视其到2014年。Galan在他的网站上写到：“对这颗恒星的光谱监测和测光监测是有必要的，仙后座AZ所表现出来的大时间尺度的变化需要许多观测者参与监视，这样才能降低因为天气条件对交食过程的重要阶段的干扰，保证观测的成功。”2013年6月初，业余观测者就已经提交了总的250条光谱中的大约2/3的数据。Galan说，“这些天文爱好者的热情真的超乎他的想象。”

同时，英国埃克塞特大学的Darryl Sergison也请业余观测者帮助监测金牛座T的光谱数据，这是一颗小质量恒星，通过观测可以帮助天文学家获得更详细的年轻类太阳恒星的周围环境的图景。这项研究在今年秋天达到了高峰，而其实早在2012年就已经开始了对三颗目标恒星的监测。

    一个长期合作项目最好的例子就是跨国Be型星的观测项目，这个项目已经运作超过10年。大约有20％的Be型星在光谱上显示出了氢的发射线，有时候也有氦和铁元素的发射线，其变化的时间尺度从数小时到数十年。天文学家们认为这些发射线是因为恒星的快速自转而抛射出的环绕着恒星的气体壳形成的，但是对于光谱变化的原因却不得而知。天文学家们已经从600颗不同的Be型星中获取了72000多条光谱，其中的29000条（40％）是由49位业余观测者获取的。业余天文观测者和专业学者一道共同维护着这个Be型星的光谱数据库，这些数据已经帮助天文学家们发表了24篇论文。

图片（上）：图片中间那颗略带红色的恒星就是WR134，周围的星云就是其强劲的星风抛射出来的气体壳；图片（中）：ConVento的观测团队使用分级光栅光谱仪拍摄到的WR134的光谱图，其显示了不同的氢元素和氦元素的发射线；图片（下）：ConVento的观测团队拍摄的WR140的光谱图，这是一个包括了两颗大质量恒星的系统（O型星和沃尔夫拉叶型星），这张光谱拍摄于2008年11月24日，这是这两颗恒星最靠近的时候，他们的星风正在发生碰撞。

如何成为一个业余光谱观测者

   在业余光谱观测领域，天文爱好者们是有很多有趣的目标可以选择的，从新星、超新星到小行星和彗星的光谱观测，所有这些项目所需要的就是一台可移动式的光谱仪。10年前，我们是不敢想象能有拥有这样的器材的，除非我们可以DIY一台。

为了给对光谱观测领域充满兴趣的天文爱好者们提供强劲的仪器，来自法国的业余天文学家François Cochard、Olivier Thizy、Christian Buil和Yvon Rieugne于2003年设计了第一台商业化的高分辨率摄谱仪。如今，他们的公司——Shelyak仪器公司为我们提供了各种等级的摄谱仪。另外，欧洲南方天文台的工程师Jesús Rodríguez, Carlos Guirao, and Gerardo Ávila和德国普朗克天体物理研究所的天文学家Vadim Burwitz也和德国的巴德公司合作（就是我们熟悉的巴德膜的来源）为业余的观测组织提供光谱仪设备。

当然，硬件只是一部分而已，作为观测者也需要有足够的知识和技巧来驾驭这项观测任务，在专门的观测论坛和邮件组和观测成员们交流也是必要的工作，在里面你会碰上志同道合的同好，他们会互相交流各种技术经验并且发起新的任务，你们也可以在里面探讨观测成果，而且在这些网络组织内使用的都是英语，这样就让世界各地的朋友们减少了交流的障碍。

在这一科学领域，真真正正是体现了人们的国际化精神，虽然世界各地的天文爱好者有着不同的文化和语言，但是为了同一个科学目标大家可以聚在一起，为天文学的进步做出贡献。如果你想加入他们的团队，你首先需要能够熟练地操作你的天文望远镜和CCD相机，这样才能够获得足够精度的数据，你要知道专业的天文观测者也是经过了长期的专业化训练的。

虽然现在是网络时代，但是没有什么能比面对面的交流更能激发人们的。自从2004年开始，欧洲的光谱观测者每年都会在法国上普罗旺斯地区的天文台举行为期一周的年会。 “对我们来说，这就是一场星空大会，” Thizys如是说，他也是组织者之一。每年的这个时候，40多台天文望远镜配备着各式各样的摄谱仪将会聚集在会场，这对于入门者来说是再好不过的机会了，你可以从此进入全新的光谱观测领域。“每年与会的观察员、业余天文学家、专业天文学者的数量一直在上升，大家都是来自世界各个地方，”Thizy补充道，“如果你有自己的设备，那就带上它加入我们吧，这是一个可以让你获得实际训练的大会。”今年的年会就在8月1-6日举行了。

在这十年里，光谱观测成为了业余天文学界的一个热门领域。虽然它的规模还是比较小，对专业的要求也比较高，但它让我们这些天文爱好者也有机会进入专业天文学的领域。伴随着器材的可获得性和专业天文学家的支持，我相信在不久的将来会产生越来越多类似的合作。我们的工作永无止境，还有很多未知的领域正等待我们去探索。

图片（上）：一台业余级别的摄谱望远镜，即一台星特朗5寸的天文望远镜配上Shelyak公司的LhiresⅢ高分辨率光谱仪，售价4100美元。图片（下）：法国同好Thierry Garrel(左)和 Pierre Dubreuil在2012年的天文光谱年会上展示他他们的摄谱设备，一般的业余观测者就是像他们这样进行后院天文观测。

作者介绍：业余天文学家，自由撰稿人，德国科学通讯员，他最近获得了他的第一张类星体的光谱。