韦伯用高精度技术探测查里克洛环系统
编者按：本文重点介绍了韦伯科学进展中的数据，这些数据尚未通过同行评审。
在一项高精度的观测壮举中，科学家们利用NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的一项新技术，拍摄到了查里克洛薄环所投射的星光阴影。查里克洛是一个冰冷的小天体，但却是已知的半人马小行星中最大的一个，位于土星轨道外20亿英里之外。查里克洛的直径仅为160英里（250公里），比地球的直径小51倍，其环距天体中心约250英里（400公里）。
我们请观测夏利克罗的科学团队成员告诉我们更多关于这个独特系统、掩星技术以及他们从韦伯观察中了解到的情况。
2013年，费利佩·布拉加·里巴斯和他的合作者使用地面望远镜发现，查里克洛拥有一个由两个薄环组成的系统。这种环只在木星和海王星等大行星周围出现。天文学家们一直在观察一颗恒星，查里克洛从它前面经过，正如他们预测的那样，查里克洛挡住了星光。天文学家称这种现象为掩星现象。令他们惊讶的是，这颗恒星在消失在查里克洛身后之前闪烁了两次，在这颗恒星再次出现后又闪烁了两下。闪烁是由两个薄环引起的——这是在太阳系小天体周围探测到的第一个环。
西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的巴勃罗·桑托斯·桑兹已经批准了一项“机会目标”计划（计划1271），试图将掩星观测作为韦伯太阳系保证时间观测（GTO）的一部分，该计划由天文学大学协会的海蒂·哈梅尔领导。幸运的是，我们发现查里克洛在2022年10月正处于这样一个掩星事件的轨道上。这是韦伯首次尝试恒星掩星。为了确定和完善对这一不寻常事件的预测，团队进行了大量的艰苦工作。
10月18日，我们使用韦伯的近红外照相机（NIRCam）仪器对盖亚DR3 6873519665992128512进行了密切监测，并观察到亮度下降的迹象，表明掩星已经发生。查里克洛环产生的阴影被清晰地探测到，这展示了一种利用韦伯探测太阳系天体的新方法。由于查里克洛自身的原因，星影刚好从韦伯的视野中消失。这个脉冲（没有掩星的近距离掠过的技术名称）与上次韦伯轨道机动后所预测的完全一致。
这段视频显示了NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜对一颗恒星（固定在视频中央）的观察，查里克洛从它前面掠过。这段视频由韦伯的近红外摄像机在1.5微米波长（F150W）下进行的63次单独观测组成，拍摄时间为10月18日，拍摄时间约1小时。仔细分析这颗恒星的亮度，可以清楚地探测到查里克洛环系统。
影像来源：NASA、ESA、CSA、Nicolás Morales（IAA/CSIC）
韦伯掩星光曲线（一个物体亮度随时间变化的曲线图）显示，观测是成功的！正如预测的那样，行星环被成功拍摄。掩星光曲线将为查里克洛环提供有趣的新科学。桑托斯·桑兹解释道：“随着我们对数据的深入研究，我们将探索是否能清楚地解析这两个环。从环的掩星光曲线形状，我们还将探索环的厚度，环粒子的大小和颜色，等等。我们希望深入了解为什么这个小天体会有环，也许还能发现新的更微弱的环。”
这些环可能是由混合着黑暗物质的小颗粒水冰组成的，这些物质是过去与查里克洛相撞的冰体的碎片。查里克洛太小太远，甚至连韦伯都无法直接对从主体分离出来的环进行成像，因此掩星是唯一能够单独描述环特征的工具。
韦伯的近红外相机（NIRCam）仪器在1.5微米波长（F150W）下的掩星光曲线显示，10月18日，当夏利克洛光环从它前面经过时，这颗恒星（盖亚DR3 6873519665992128512）的亮度下降。如掩星事件的插图所示，从韦伯的角度来看，这颗恒星并没有从查里克洛身后掠过，但它确实从环后面掠过。实际上，每一个光曲线的倾角都对应于查里克洛周围两个环的阴影，这两个环宽约4英里（6-7公里），宽约2英里（2-4公里），中间相隔5.5英里（9公里）。这两个单独的环在这条光曲线的每一个倾角中都不能完全分辨。
影像来源：NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). 科学解释：Pablo Santos-Sanz (IAA/CSIC), Nicolás Morales (IAA/CSIC), Bruno Morgado (UFRJ, ON/MCTI, LIneA).
掩星后不久，韦伯再次瞄准了查里克洛，这次是为了收集察查里克洛及其环反射的太阳光的观测数据（GTO计划1272）。在查里克洛系统中，系统的光谱显示了水冰的三个吸收带。领导韦伯对夏利克罗进行光谱观测的诺伊米·皮尼拉·阿隆索解释道：“来自地面望远镜的光谱暗示了这种冰（杜法德等人，2014年），但韦伯光谱的精美质量首次揭示了晶体冰的清晰特征。”第二个GTO项目的首席研究员迪恩·海恩斯补充说：“因为高能粒子将冰从结晶态转变为非晶态，对结晶态冰的探测表明，查里克洛系统经历了连续的微碰撞，要么暴露出原始物质，要么触发结晶过程。”
10月31日，在掩星后不久，韦伯用它的近红外光谱仪（NIRSpec）观测到了查里克洛系统的光谱。这一光谱显示了过去地面观测所暗示的结晶水冰的明显证据。
图片来源：NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). 科学解释：Noemí Pinilla-Alonso (FSI/UCF), Ian Wong (STScI), Javier Licandro (IAC).
光谱中的大部分反射光都来自查里克洛本身：模型表明，在这些观测中，从韦伯那里观察到的环面积可能是天体本身面积的五分之一。韦伯的高灵敏度，再加上详细的模型，可能会让我们梳理出不同于查里克洛的环材料的特征。皮尼拉·阿隆索评论道：“通过几年来与韦伯一起观测查里克洛，随着环视角的变化，我们或许能够分离出环中的成分。”
我们成功的韦伯掩星光曲线和查里克洛的光谱观测为未来几年描述遥远太阳系小天体的新方法打开了大门。凭借韦伯望远镜的高灵敏度和红外能力，科学家可以利用掩星提供的独特科学回报，并通过近同期光谱增强这些测量。这些工具对于研究太阳系中遥远的小天体的科学家来说将是巨大的财富。