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幸运的是,就在这时,一项让整个光学观测领域脱胎换骨的新兴技术——电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)——进入了天文界。CCD是1969年由美国贝尔实验室(Bell Labs)的两位科学家发明的、一种可以取代传统胶片的感光器件。CCD的最大优点是具有极高的敏感度,能对70%甚至更多的入射光作出反应,而普通照相胶片的这一比例还不到10%。真是不比不知道,一比吓一跳。要知道朱惠特与卢简所寻找的是离太阳几十亿千米之外的小天体,它们自身并不发光,全靠其表面反射的太阳光才能被我们所发现。在那样遥远的距离上,太阳的光芒只有约一亿亿分之一能够照射到那些小天体上。那部分光线有的被吸收,有的被反射,那些反射光必须再次穿越广袤的行星际空间,其中只有约一万亿分之一能够来到地球。而在那“亿里迢迢”来到地球的反射光中,恰好能进入望远镜的又只有其中的约一百万亿分之一。这是何等宝贵的“星星之火”?可这宝贝却还要被该死的照相胶片忽略掉90%以上,这真是“生可忍,熟不可忍”(韦小宝语)。
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因此CCD的使用对于观测天文学来说堪称是一场革命。不过CCD虽然在感光性能上遥遥领先于普通胶片,在一开始却也有一个很大的缺陷,那就是像素太少。朱惠特与卢简最初使用的CCD的有效像素仅为242×276,相当于如今一台普通数码相机像素数量的1%。由此带来的后果是,每张CCD相片涵盖的天区面积只有他们以前所用的普通光学相片的千分之一。换句话说,原先分析一组相片就能覆盖的天区,如今却要分析一千组相片。但幸运的是,CCD所采用的独特的感光方式为计算机对比相片开启了方便之门,从而大大减轻了对肉眼的依赖。而更重要的是,对于特别暗淡的天体,普通胶片有可能因为敏感度不够而无法记录,这时CCD的优势更是无与伦比。因此,当CCD进入天文观测领域后,朱惠特与卢简便决定用它取代照相胶片。
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这时候,朱惠特与卢简的观测地点也发生了变化。1988年,朱惠特接受了夏威夷大学天文研究所的一个职位。不久,卢简也来到了夏威夷,两人利用夏威夷大学所属的茂纳基雅天文台(Mauna Kea Observatory)(图15)的一台口径2.24米的望远镜继续他们的海外天体搜寻工作。茂纳基雅是夏威夷语,含义是“白山”,那里常年积雪,而茂纳基雅天文台的所在之处正是白山之巅,海拔高达4200米(比汤博所在的罗威尔天文台高了一倍)。那里的空气稀薄而干燥,氧气的含量只有海平面的60%,常人在那里很容易出现高原反应,大脑的思考及反应能力也会明显下降。为了减轻高原反应的危害,天文学家们像登山者一样,在海拔较低(3000米)的地方建立了营地。要去天文台的天文学家通常提前一晚就来到营地过夜,以便让身体提前适应高原的环境,然后在第二天晚饭之后驾驶越野车前往天文台。在那里,朱惠特与卢简夜复一夜地进行着观测。当他们感到疲惫的时候,有时朱惠特会放上一段重金属音乐,有时则卢简会放上一段经典音乐,控制室里响彻着时而激扬、时而舒缓的乐曲。
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图15 茂纳基雅峰上的观测台
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这样的日子一晃就是四年,其间卢简完成了自己的学业,并获得了哈佛大学的博士后职位,但她仍时常回到茂纳基雅天文台,与朱惠特一起,在那白山之巅的稀薄空气里继续着对海外天体的执著搜索。尽管一次次的努力换来的只是一次次的失望,但他们锲而不舍地坚守着这份孤独的事业。幸运的是,在那四年中,CCD的技术有了长足的发展,分辨率由最初的242×276提高到了2048×2048,从而大大提升了搜索效率。在毅力、耐力和技术这三驾马车的共同牵引下,朱惠特与卢简这场巅峰之战的胜利时刻终于来临。
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 1992年8月30日,在对比两张CCD相片时,一个缓慢移动的小天体引起了朱惠特的注意。一般来说,距离太阳越远的天体运动得越慢,从那个天体的移动速度来看,它与太阳的距离似乎有60天文单位。换句话说,这似乎是一个海外天体。当然,仅凭两张相片的对比是不足以作出结论的,于是他们对该天区进行了反复的拍摄与对比,结果证实这一天体的确是在缓慢地运动着,而且其运动速度所显示的距离的确是在海王星轨道之外,因此的确是一个海外天体。
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朱惠特与卢简终于成功了。四年了,他们在这仿佛伸手便可摘到星星的巅峰之上苦苦寻找,运气却仿佛远在星辰之外。没想到成功竟然就在今夜,这一刻真让人猝不及防!朱惠特与卢简兴奋得像两个大孩子一样在观测室里又蹦又跳。他们将这一消息通告了国际天文联合会(International Astronomical Union)所属的小天体中心(Minor Planet Center)〔3〕。9月14日,小天体中心的天文学家马斯登(Brian Marsden)正式公布了这一发现,并确定了该天体的临时编号:1992QB1〔4〕。据测定,1992QB1的轨道半长径约为44天文单位(比朱惠特最初估计的要小,但的确是在海王星轨道之外),直径约为160千米。
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〔1〕按照用姓氏称呼外国人名的惯例,Jane Luu应该被称为卢,考虑到一个字的中文名用起来比较别扭,本书将Jane Luu按全名译为卢简。
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〔2〕我们曾在第20章中提到过这个天文台,海王星档案就是在那里失而复得的。塞罗托洛洛天文台虽远在智利,却是美国国家光学天文台(National Optical Astronomy Observatory)的一部分。
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〔3〕Minor Planet Center若直译,应为“小行星中心”,但考虑到中文的“小行星”一词往往特指由英文asteroid所表示的小行星带中的小天体,因此本书将之译为“小天体中心”。
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〔4〕自1925年以来,天文界采用了以发现年份外加两个英文字母作为小天体临时编号的做法。其中第一个字母(I与Z不出现)表示发现小天体的半月,从一月上半月的A到十二月下半月的Y。第二个字母(I与Z同样不出现)则按照小天体在该半月中的发现顺序排列。如果该半月中发现的天体数目超过24个,则以下标表示字母被重复使用的次数。请读者按照这一命名规则推算一下1992QB1是哪一个半月发现的?以及它是该半月中被发现的第几个小天体?
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那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界 30 玄冰世界
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1992QB1的发现是人类在寻找太阳系疆界的征途上取得的又一个重要进展。不过在一开始,有些天文学家对1992QB1是否真的是海外天体还心存疑虑。比如小天体中心的马斯登,他虽然亲自宣布了1992QB1被发现的消息,但其本人却是怀疑者中的一员。他认为1992QB1有可能只是一个轨道椭率很大的天体,这样的天体虽然远日点距离很大,但绝大多数时间其实都处在海王星轨道以内,从而算不上是货真价实的海外天体。马斯登甚至为自己的猜测与朱惠特打了500美元的赌。
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这个赌局很快就有了结果。1993年3月28日,朱惠特与卢简发现了第二个海外天体,临时编号为1993FW。1993FW的轨道及大小都与1992QB1相似,它的发现极大地动摇了马斯登的怀疑,因为天文学家们在对这两个天体的轨道计算中犯下同样错误,一错再错地把轨道椭率很大的天体误当成海外天体的可能性是很小的。此后不久,更多的海外天体被陆续发现,从而越来越清楚地表明它们正是理论家们几十年前所猜测的那个海外小天体带的成员。1994年,当海外天体的数量增加到六个(其中四个是朱惠特与卢简发现的)时,马斯登终于“投降”,乖乖交出了500美元。
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与当年发现小行星带的情形相类似,随着观测技术的持续改进,以及受第一轮发现的吸引而对海外天体感兴趣的观测者的增多,海外天体的发现不断提速,在热闹的年份里一年就能发现一两百个(当然,它们的发现也因此而很难再登上新闻标题了)。不过,由于距离遥远,加上体形苗条,海外天体大都极其暗淡,视星等通常在20以上,不到冥王星被发现时的亮度的1%;加上观测海外天体在各大天文台的任务排行榜上的地位较低,因此被发现的海外天体因未能及时跟踪而重新丢失的比例也大得惊人,有时竟达40%。寻找海外天体的努力,仿佛是往小学数学题里那个开着排水口的水池里灌水,一边找,一边丢。不过在一群像朱惠特与卢简那样执著的天文学家的努力下,得到确认的海外天体(图16)的数量还是稳步增长着。截至2008年3月,被小天体中心记录的海外天体数量已经超过了1300,它们的表面大都覆盖着由甲烷、氨、水等物质组成的万古寒冰。
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