中美掩星計畫 (TAOS)

計畫簡介

臺灣與美國合作以估計太陽系外緣天體數量的觀測計畫。本計畫在台灣鹿林前山興建 4 座 50 公分口徑的廣角望遠鏡，長期監測背景恆星的亮度，以偵測古柏帶小型天體通過背景恆星前方所造成的瞬間亮度減弱，以估計這些小型天體的數量。

在中央恆星和周邊大型行星形成之後，太陽系的外圍仍然留存有大量的小型天體，這些天體的成分主要包含水冰和灰塵，分布在太陽系外緣、如黃道面般呈扁平狀的廣大區域，泛稱為「古柏帶」 (Kuiper belt)。這個區域內的小型天體若受到其他天體的擾動，有可能改變軌道，被拋射到外圍，成為廣大球狀分布的區域，稱為「歐特雲」 (Oort cloud)。部分小天體受到太陽引力牽引，進入太陽系內部，接近太陽時受熱噴出內部物質，形成「彗髮」和「彗尾」，而成為人們所熟知的「彗星」 (comet)。一些理論認為歐特雲為長週期（超過兩百年）彗星的發源地，而古柏帶則是短週期彗星的發源地古柏帶天體因為距離遙遠，天體微小，不易觀測，過去只能在小型天體形成彗星運行到太陽附近時才能觀測研究。

1992 年天文學家發現了第一個古柏帶天體 1992 QB1，直徑達 200 公里。天文學家近年來使用大型光學望遠鏡，在此一區域持續發現新的天體，證實了古柏帶存在，同時普遍認為冥王星也是古柏帶天體之一。但受限於目前望遠鏡的靈敏程度，人們對於的瞭解仍只侷限於直徑超過數十公里的天體，至於此處天體的數量及其分佈的密度則仍然不清楚，因為觀測樣本並不完全。因此台灣和美國合作執行「中美掩星計畫」，利用古柏帶天體橫越背景恆星前方時，造成恆星短暫的亮度下降，來偵測太陽系外圍直徑 1 公里以上的物體，這是目前世界上唯一有系統研究太陽系小型天體的計畫。共有來自美國、台灣與韓國十數個單位參與本計畫，在台灣由中央研究院與中央大學共同規劃。

為了要偵測時間上不到一秒鐘亮度變化，本計畫的觀測方法採用「拉鍊模式」，讓星點在影像曝光中連續移動，對每一個天體都得出一系列多重曝光影像，若一顆恆星有短暫的亮度變化，則可直接由其系列影像中變暗的部分星點看出。本計畫的四組望遠鏡安裝於玉山國家公園轄區內的鹿林前山天文台，以東西方向延伸設置。設立四組望遠鏡同步觀測同一天區，目的在於避免非天體因素的亮度變化，減少統計上的誤判。除了科學上的獨特性，在技術方面開發出全自動觀測控制程式，新穎的電子相機快速資料讀取，以及高效率後續影像處理等挑戰。

中美掩星計畫於2005年開始正式觀測。初期三年多的觀測，共收集超過千億筆恆星亮度數據，其中並未偵測到任何掩星事件，顯示太陽系外圍天體的數量可能不如某些理論上的估計。這些長期觀測所累積的數據影像，已經建立了數據庫，可以用來從事其他相關的天文物理研究（例如變星）和發現工作。