破译星光密码

今年夏天，一群特殊游客来到了大西洋中加纳利群岛中的Tenerife岛。他们并不是被岛上的美丽海滩和火山吸引来的，而是来完成一项艰巨的工作——使用一台31英寸（约合78.7厘米）的专业望远镜，观测天鹅座中三颗不显眼的恒星。每位业余爱好者都需要支付1300美元，充作旅费和这台望远镜的租金。领队Thomas Eversberg说：“对于这些志愿者而言，能够在专业天文台里工作，是他们梦寐以求的事情。是的，我们有一些疯狂，但是业余天文学家为什么不可以这样做呢？”

许多业余爱好者都会认同这种做法。但是业余天文学为什么一定要是一项代价不菲又很紧张的活动？它难道不应该是轻松有趣的吗？很明显，对于一些人来说，其实这还有更多的意义。

研究星风

近年来，专业巡天望远镜的诞生大大减少了在自家后院天文台里的观测者们在某些领域做出科学贡献的机会，例如搜索小行星和彗星。但是现在，廉价、高分辨率、现成的商品摄谱仪可以填补这个空缺了。甚至在中小口径望远镜上安装摄谱仪，就可以通过揭示一颗恒星的温度、化学组成，或者通过揭示天体上原子激发和电离的物理条件，从而获得有科学意义的结果。

使用加纳利天体物理研究所的31英寸反射望远镜，Eversberg和他的团队观测了天鹅座中的三颗沃尔夫—拉叶星：WR 134、135和137。它们的光球层被高密度气体云包裹，这些气体云以非常快的速度运动和旋转。目视观测者不会发现这类恒星有什么异常，但气体云可以在恒星光谱中产生明亮的发射线。通过研究这些谱线，天文学家们可以探索被遮掩的恒星表面与其强劲星风之间的关系，同时检测这些星风的周期性和随机的凝聚性。

Eversberg表示：“我们可以说就是光谱天文学中专业人员与业余人员合作的经典范例。”他在位于波恩的德国空间局工作，却组织了这项以志愿者为主体的光谱研究。他和Anthony Moffat（蒙特利尔大学，加拿大魁北克省）一同发起了这项活动。2009年，他们有目的地组织了一批业余爱好者来到Tenerife岛，对一颗温度极高的双星WR 140进行近星点观测，这颗双星是星风碰撞双星中被研究得最充分的。他们得到了比2001年仅有专业近星点观测时多5倍的光谱数据。有了这些业余爱好者的数据，专业天文学家深化了对于该系统的质量、轨道周期和轨道倾角方面的认识。

有了这些来自世界各地的参与者，Eversberg和Moffat组建了ConVento团队（ConVento在意大利语中意为“随风”），团队成员包括致力于星风研究的业余爱好者和专业天文学家。ConVento成员主要使用他们自家的后院天文台，但是在Tenerife岛操作专业级别的望远镜却是这个活动的亮点。Eversberg说：“2009年取得的成功，帮助我们为2013年的观测活动申请到了望远镜时间。专业天文学家已经知道了我们的存在，而且也知道我们能够干什么。”

捕捉一次性事件

专业天文学家们可以使用绝大多数最先进的望远镜和设备，它们都位于世界上最好的观测台址。但他们却没有业余爱好者所拥有大量观测时间。长期的测量、巡天和监视需要几周甚至几个月的望远镜时间，而专业天文台的观测时间常常有许多人申请，很难为一支团队提供这么多时间。而一台装有制式摄谱仪的8英寸～20英寸（约合20.32厘米～50.8厘米）望远镜也能够很好地完成这些工作。即便在有光污染的城市，获得亮星光谱也是有可能的。而且，即使某个晚上在你那里乌云密布，别处的伙伴也能充当替补。

光谱观测也因此成为了一项新兴的、蓬勃发展的“公众科学”，特别是在欧洲的业余爱好者群体中。目前尽管这种观测正在发展，但参与人数仍然相对较少。Thierry Garrel说：“法国现在大约有30位认真的观测者，可能另有约100人对这个领域感兴趣。”他是法国“光谱观测者组织”（ARAS）的成员，该组织是欧洲最活跃的业余天文学组织。

但是这些专注的观测者中也很少有人完全倾心于这项工作。Eversberg说：“光谱观测显得有些枯燥乏味。你必须花费无数个夜晚来获取数据以供他人分析，而且更槽榚的是，这些数据并不是美丽的照片，而只是图表和数字。”但你的回报并不仅仅是可以在科学论文中署名。正如Eversberg指出的那样：“我们的工作不是拍摄无数张猎户星云的照片，而是见证那些一次性发生的事件。”

让我们看一看长周期食双星。在这种系统中，两颗恒星周期性地互相掩食，目前已经发现了几十个这样的双星系统，但只有几个得到了较好的研究。它们的长轨道周期使其成为业余爱好者的最佳观测对象。已知最好的一个食双星就是御夫座ε，它于2009年～2011年之间通过距离极小点，并且此时有一个暗气体尘埃云在主星前方越过。上次掩食发生在27年前，当时业余爱好者还没有摄谱仪。据英国的业余光谱学家Robin Leadbeater报告，有超过800条业余爱好者拍摄的光谱并已被纳入专业数据库，正在帮助天文学家们研究奇怪的蚀云。通过观测770纳米的钾吸收线，Leadbeater在这团蚀云使恒星变暗前几个月，以及真正的交食结束之后很久，都看到了这团蚀云。

其它长周期食双星还包括仙后座AZ和仙王座VV，其轨道周期分别是9.3年和20.3年。仙王座VV将会演化为一个变双星，它由一颗老年超巨星和一颗炽热的矮星组成，其光谱显示出了很强的氢和铁的发射线。这些谱线来自于这对恒星周围延展的气体包层，它们随时间演化的方式，与星风的模式和速度以及恒星特征参数和轨道参数有关。

由于刚刚推算出仙后座AZ将有一次交食，Cezary Galan（哥白尼大学，波兰）建议业余爱好者们在2014年全年对其展开持续监测。Galan在他的网页上写道：“连续密集的测光观测和光谱观测是很必要的。对仙后座AZ的长时间尺度变化进行监测需要大量观测者的参与，以降低天气的影响，同时保证对交食过程中最重要阶段的观测成功。”截至2013年6月初，业余爱好者提交了总共250个光谱中的2/3。Galan说：“业余观测者对这个活动的兴趣之大，远远超过了我的预期。”

与此同时，Darryl Sergison（埃克塞特大学，英国）请求业余爱好者对低质量金牛座T型星进行光谱监测，以帮助天文学家更清晰地了解年轻类日恒星的周围环境，并查明它们的各式各样的盘、生长过程和外向流结构的特征。这项研究在今年秋天将会达到高潮，但是对其中三个目标的监测从去年年底就已经开始了。

长期项目的最佳范例是国际Be型恒星观测活动，它已经运行了超过10年。大约20%的B型星（此类恒星占肉眼可见恒星的20%）会显示出氢发射线，有时还有氦和铁的发射线，它们还会以数小时到数十年不等的时间尺度变化。天文学家们认为，这些发射线是由恒星快速旋转时抛出的气体外壳或盘造成的，它们在赤道处的离心力足以克服自身引力。但是光谱的变化却让人难以理解。因此，业余爱好者拍摄的光谱资料就至关重要了。天文学家们总共已经收集了约600颗Be型星的超过72000条光谱，其中有29000条（40%）仅仅出自于49位业余爱好者之手。这些数据被储存在Be型恒星光谱数据库中，由业余爱好者和专业天文学家共同维护，天文学家们在20多篇论文中使用了这些数据。

成为业余光谱学家

还有其它许多有趣的目标可供业余爱好者选择，从新星、超新星到小行星和彗星。这些都可以得益于现在出现的廉价、现成的商品摄谱仪。而仅仅10年前，业余爱好者还没有高分辨率光谱观测所必需的仪器，除非他们自己制作。

业余爱好者希望获得简单而强大的仪器，以进行有科学意义的研究。受此激励，法国业余爱好者Fran？ois Cochard、Olivier Thizy、Christian Buil和Yvon Rieugné专门为业余爱好者设计了一种商业级高分辨率摄谱仪，后来发展为Lhires品牌。现在，他们的Shelyak仪器公司可以提供各种价位、覆盖所有分辨率的摄谱仪。欧洲南方天文台的工程师Jesús Rodríguez、Carlos Guirao和Gerardo ávila，以及德国马普地外物理研究所的专业天文学家Vadim Burwitz是欧洲的另一个摄谱仪来源。他们的“光谱发烧友俱乐部”与德国的Baader Planetarium公司合作，向业余爱好者提供摄谱仪。

但是硬件只是故事的一部分。怎样才能知道，你是否有业余光谱学家所必备的技能呢？Eversberg说：“这种技能需要学习。”因此各种互联网交流平台是极其重要的，例如ARAS主持的网上论坛和新闻组，以及德国的Spektroskopie论坛等。在这些平台上，光谱爱好者们可以交流观测技术和设备的相关知识，策划新的观测活动，以及讨论观测结果。大多数讨论都是用英语进行的，以便更多的人可以参与。

欧洲各地的业余爱好者有着不同语言和文化，但他们把这个表面上的劣势转化成了优势。因为每个国家的团体都很小，因此国际合作是必不可少的。每项活动都包括了来自欧洲各地的参与者，甚至扩展到了全球范围。如果你想参与，请注意首先必须了解怎样运行你的望远镜和CCD相机，这是获取光谱数据所不可或缺的，因为要把摄谱仪附加在你的装备上。同时，要理解大多数分析工作将交由专业天文学家进行，因为这些工作需要特殊的训练。

即便是在互联网时代，与志同道合的伙伴们进行面对面的交流也是最好的方式。自从2004年开始，欧洲的光谱观测者们每年都会聚集在法国的上普罗旺斯天文台，参加为期一周的专题讨论会。讨论会的组织者之一Thizy说：“据我所知，这是唯一一个专为光谱观测而设的观星聚会。”在这个聚会上，人们带来了装备着不同类型摄谱仪的40多台望远镜，这是接触这个领域及其参与者的最好途径，而且它是开放的，欢迎新手参加。Thizy还说：“每年来这里的客人都越来越多，既有业余爱好者，也有专业天文学家，而参会人员的范围是国际性的。如果你自己有着装备，可以带上它。这是一个实践性的培训活动。”2013年的讨论会于8月1日至6日举行。

在过去10年里，光谱观测已经成为业余天文学中的一个新兴领域。尽管它规模不大，而且有很强的专业性，但它可以让业余爱好者像为数不多的天文学家那样“从事专业工作”。它正在发展壮大。有了可以轻松获得而不算昂贵的仪器、大量的观测计划，以及日益增长的专业需求，专业人员与业余爱好者的合作将会越来越多。探寻是没有止境的，前面有更多等待我们去发现的东西。