几十年来,天文学家们一直心安理得地认为,光环是巨行星的专属配饰——可以说是宇宙中的土星和木星。然后,在2013年,一个在土星和天王星之间运行的小而暗的天体从一颗恒星前方经过,在主要事件的两侧各闪烁了两次,揭示出一个直径仅250公里的天体周围有两道狭窄的光环。“这真是个惊喜,”西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的天文学家巴勃罗·桑托斯-桑斯说。自那以后,问题一直是:这样的光环由什么构成,以及它们能持续多久。剧透一下:我们仍然不知道,但现在我们稍微更困惑了。

在最近的一项研究中,桑托斯-桑斯和他的同事利用詹姆斯·韦伯太空望远镜再次观察了同一个天体——现在被称为卡里克罗——从一颗背景恒星前方经过。他们发现,其中一道光环变得更密,另一道则几乎消失了。我们不完全清楚原因。这在天文学上相当于检查你的银行账户,发现一个余额神秘上升,另一个神秘下降——只不过银行是外太阳系,而且没人接电话。

观测背后的技术很简单。“我们预测太阳系天体何时从一颗恒星前方经过,”桑托斯-桑斯说。星光会短暂变暗,而那个凹陷的形状揭示了造成它的天体的大小、形状和周围环境。“这对小天体尤其具有挑战性,对遥远的小天体更是如此,”他说。换句话说,这就像试图拍摄一粒特定的沙子从远处路灯前经过——而路灯也在移动。

困难在于,目标在天空中的轮廓极其微小,要知道它何时会穿过某颗特定的恒星,需要两者的非常精确的位置数据。尽管如此,在2013年,我们使用地面望远镜辨认出了卡里克罗的两道光环,C1R和C2R。它们分别距离其中心390公里和405公里,只有几公里宽,相距约7公里。

然而,用太空望远镜做这件事,对准的难度要大得多。JWST位于L2拉格朗日点,控制人员需要每隔几周微调望远镜以保持其轨道稳定。“这是一种棘手的任务,”桑托斯-桑斯说。他的团队在2022年8月确定了一次可能的卡里克罗掩星,并每周重新预测。在第一次预测和最后一次预测之间,投影的视线移动了约110公里,足以完全偏离该天体。不幸的是,JWST要求此类观测至少提前14天规划。所以,你基本上是在与一个影子进行盲约。

“我们做这件事可能有点盲目,因为我们不知道视线到底在哪里,”桑托斯-桑斯说。“我要移动太空中最大、最好的望远镜之一,而我们不知道最终能否捕捉到它。”但一切都成功了。这在天文学上相当于从窗户扔出一支飞镖,击中了移动火车上的靶心。

掩星发生在2022年10月18日。重建的几何结构显示,JWST对背景恒星的视线在卡里克罗表面上方7.4公里处掠过,错过了天体,但捕捉到了它的光环。

JWST同时在两个近红外波段(1.5和3.2微米)记录了这次事件,这是人类首次在超过3微米的波段捕捉到小天体的光环——这个范围是地球大气层使地面望远镜无法企及的。所以,这是太空望远镜的一分。

内环清晰无误地出现,边缘突兀而分明,但比之前暗得多。对之前约10次地面掩星的平均值,C1R的正常不透明度(它阻挡的星光比例)为0.303。JWST测量为0.431。“我们一开始不相信,所以我们在数据上纠结了很多,”桑托斯-桑斯说。