夜空中的“两次眨眼”：小行星32230卫星发现记
本文来自微信公众号： 中国国家天文 ，编辑：韩越扬、怀尘，作者：林与晨
2024年11月22日晚，中国天文爱好者在福建莆田成功观测到一次小行星掩星事件，并首次通过掩星观测发现了外主带小行星的一颗卫星。
小行星掩星观测对于业余天文爱好者来说是一项“性价比”极高的科学研究活动——只需中小口径望远镜和具有准确授时能力的相机，就有可能获得百米级精度的小行星轮廓数据，甚至发现小行星上的特殊地形或是围绕其运行的卫星、星环等。
小行星掩星想象图。来源／豆包AI生成
/掩星观测筹备
2024年11月20日至23日，我就读的学校开展了军训活动。作为一名“资深的小天文爱好者”，在远长于往年的雨季进入尾声之际，第一件事就是希望开展天文观测。军训期间无需进行紧张的课程学习，夜间时间能够自由支配，正是外出观测的好时间。20日一早，我便和福建省天文学会的张烊老师讨论可以开展的观测内容，主要考虑小行星掩星事件的观测——发生在两个星系之间的“迷你日食”，恒星消失而复现的现象令正我着迷。
使用紫金山天文台的掩星预报网站、Occult Watcher Cloud网站（以下简称“OWC网站”），我找到了厦门市及周围100km范围内适合观测的6个事件。在确定好目标后，我旋即开始准备设备——望远镜、赤道仪、脚架、电源、笔记本电脑等。值得一提的是，为了保证掩星观测的位置和时间的准确性，我获得了紫台掩星团队提供的QHY174M-GPS相机，这台相机可以将GPS时间戳通过硬件的方式记录到图像中，精度可达1μs。再次仔细清点好所有的设备、检查好电脑的软件安装和存储空间，万事俱备！我已蓄势待发，静候夜晚到来。
OWC网站掩星事件搜索界面。
11月20日，我们关注了一次发生在厦门市集美区的掩星事件。但天气并未如预报一般放晴，伴随着时间流逝，天空中的云却越发浓厚，初步的极轴校准都无法完成。在预报的见掩时刻过后，我只能在心里暗暗祈祷明天有更好的天气。然而，第二天的失望伴随着黄昏时刻淅淅沥沥的秋雨同时降临。厦门周围可观测的掩星事件均已过去，想要在这段时间有进一步的观测成果，最近也需要机动至莆田市。
11月22日，多个天气预报终于统一地给出了福建沿海在夜晚会晴天的结果。前一天被秋雨浇灭的热情重新燃起，我旋即向学校请假半天，当天下午随张烊老师提前出发去往观测地。抵达观测点后，借着尚存的天光，我快速组装整套设备，特别留意了连接在相机后面的电源线、GPS天线和USB线缆不会因为望远镜指向的改变而缠绕，并在镜筒外缠绕遮光罩避免杂光和深秋露水对观测的干扰。
/一次极佳的观测事件
在我们选择的观测点，掩星发生的预报时间为21:30:25。天空中的云在天黑后散尽，我和张烊老师各自负责一套设备，有条不紊地开展调试工作。
高悬在北边天空“M”形状的仙后座指明了北极星的方位，我将望远镜粗略指向北极星的位置，并利用Sharpcap将极轴误差校准至20角秒，为观测时的长时间跟踪奠定基础。全电脑化的设备极大地方便了目标星的找寻，输入恒星的赤经-赤纬坐标后，即可自动居中。
本次观测中，我使用的星特朗C925望远镜，口径是235mm，在观测中能以更短的曝光，采集信噪比充足的数据，但经过减焦后仍有约1.5m焦距，需要小心翼翼地完成对焦。最关键的步骤便是设置拍摄参数，我需要在单帧信噪比、像素信号值和单帧曝光时间上尽可能取得最优解：单帧信噪比是能否分辨恒星消失信号的基础，像素信号值至少需要达到饱和1/8-1/6，而单帧曝光时间影响刻画小行星轮廓的精度；然而，曝光时间不足会同时导致低的星点像素值和信噪比。我先将相机增益设置为300，曝光时长从100ms开始，每次减少10ms，使用Maxim DL软件测量目标恒星的信噪比。最终，我选择了30ms的曝光时长，目标星的信噪比足够探测减光。在这一参数下，我调整构图以获得合适的参考星，由于目标星所在区域的星场较为稀疏，我仅能寻得3颗星等接近的恒星作为参考星。在观察了10分钟的跟踪状态后，紧张的准备过程告一段落，静候掩星时刻的到来。
提前10分钟，我们开始拍摄，在预报的时刻前，我紧盯的那颗恒星隐约出现了些许变暗，这是一次不同于视宁度波动导致的亮度波动；随后，一次确定的恒星变暗接踵而至。我迅速向张烊老师报告了观察到的现象，他当时并未留意到初次的变暗，但让我立刻使用Tangra软件快速分析数据。在Tangra软件逐帧分析的回放中，我反复确认目标恒星确实消失了两次，符合掩星的特征。
掩星光变曲线。
两次完全减光的信号赫然展现在光变曲线上，第一次掩星持续0.19秒，第二次掩星持续0.73秒，中间间隔4.37秒，其中第二次减光的中间时刻为21:30:23.60，早于预报的时刻。完全减光，且间隔较长的“双掩”特征，极可能是因小行星存在卫星而造成的二次掩星！张老师的观测数据获得了接近的结果，他立即联系紫台的袁烨副研究员上报数据。经过更严谨的数据处理，以及长时间的小行星自转光变确认后，紫台掩星团队排除了小行星的特殊地形，确认了8.1km弦长的（32230）小行星拥有一颗直径至少为2.4km弦长的卫星。
/小行星掩星观测的意义
首先，能够对小行星轮廓和尺寸进行测绘。只需适合口径望远镜和一台高速相机，业余爱好者也能获得米级精度的轮廓数据。小行星掩星技术的独特优势在于成本低廉，却能达到极高的测量精度。绝大多数小行星体积微小，直接成像无法分辨其形状轮廓。除了发射探测器抵近观测外，通过多个站位记录小行星遮挡恒星时星光的时长，进而推测出小行星不同位置的弦长，几乎是目前唯一可以绘制出小行星形状的通用方法，这种方法也被叫作掩星联合观测。
其次，可以修正轨道数据。掩星数据具有重要的轨道修正价值，如果实际掩星时长或发生时刻与预报存在偏差，就意味着小行星的历表需要校正。由于恒星位置具有GAIA等高精度天体测量数据，在掩星时能准确定位小行星的位置，可以作为小行星历表中特定时刻的准确约束点。
最后，可以确定天体周围环境的确定。在光变曲线中，星光下降过程是否呈现“过渡帧”，甚至可以帮助天文学家判断小行星是否存在大气；针对多次减光的事件，根据光变曲线的特征还可以推测小行星周围的环境，是否有卫星、环、松散颗粒等。
/小行星掩星观测的观测方法
此次成功观测，离不开前期对掩星事件的准确筛选和设备的合理设置，在此也感谢紫台掩星团队的鼎力相助。以下是我们初步总结的观测经验，供有兴趣尝试的爱好者们参考。
经验1：寻找合适的观测事件
国内外许多组织和单位建立了小行星掩星预报网站，主要包括紫台掩星预报网站、OWC网站、LuckyStar预报网站等。其中，OWC网站具有筛选和规划功能，易于快速找到适合自己设备和观测环境的事件。使用方法大致是，首先在网页注册账号，然后在“Detailed Search”中设置参数筛选，重点关注三个指标：目标恒星亮度（Max Star Mag）、预计掩星时长（Min Duration(sec)）和最小减光亮度（Min Mag Drop）。以我们使用的C925望远镜（235mm口径）为例，1秒曝光下可拍摄的充足信噪比的最低星等约为14等，实际观测时，为了获得较高的时间分辨率，往往需要选择更亮1-2等的目标。同时，需要注意光害对观测的影响。
经验2：需要准备核心设备
掩星数据观测，除了行星摄影、深空摄影中需要的设备外，最重要的是准确的时间确定。此外，一个较长续航的电池、冗余的线缆和接环、导星设备、遮光罩或发热带等，也是顺利实施观测需要注意的细节。在正式外出观测前，需要测试设备控制、数据拍摄的稳定性。
经验3：拍摄的技巧
数据记录的完整性：提前10分钟开始连续拍摄，掩星结束后再拍5-10分钟；
曝光参数的设定：在保证目标信噪比足够的前提下，尽可能通过bin2或裁切方式提升帧率低存储压力；在裁切时保留目标恒星附近的几颗参考星；拍摄的帧之间需连续，曝光时间（ms）×帧率=1000即为连续；
信号完整性：调整偏置（offset）至直方图左侧无用信息被切掉即可；
校准帧的正确记录：拍摄结束后，盖上镜头盖拍摄暗场和偏置场各约100张（暗场用相同参数，偏置场用最短曝光时间）。
使用SharpCap拍摄掩星的实时图像。
经验4：数据快速处理
Tangra软件是小行星掩星观测中常用的数据分析软件，Tangra的官网是：http://www.hristopavlov.net/Tangra3/。
可以通过以下的步骤快速分析拍摄的数据：
1.使用PixInsight/Siril/PIPP/Maxim DL等软件叠加暗场和偏置场，生成主暗场、主偏置场（fits格式）用于校准；
2.打开亮场序列（File-Open Fits Sequence）或视频文件（File-Video）；D a t e选择DAT E-AVG，E xp o s u re择EXPTIME并选择合适的曝光时长单位；
3.拉伸图像至合适显示后关闭窗口；
4.右键标记被掩恒星和参考星，点击Add object添加；
5.点击Start开始分析，结束后点Finish即可生成光变曲线。
/结语
回望莆田郊野那个夜晚，最让我难忘的并非“发现”本身，而是星光在画面中明暗交替的那几秒钟——一个存在了亿万年的天体，恰好在那时那刻，它的闪烁被我注视。
小行星掩星观测的魅力正在于此，它让普通人也有机会参与天文学的前沿发现。不需要巨型望远镜，不需要专业台站的资质，没有漫长曝光，没有特殊视宁度要求，只需在正确的时间指向正确的方向，记录那短暂的几秒钟。而每一次的成功观测，都是对天体轨道的一次校正，对小行星形状的一次勾勒，甚至可能揭开一个双星系统的秘密。
我们的经历或许可以说明，在今天的业余天文学领域，发现的机会是平等的。当那颗恒星熄灭又复亮时，你也会明白——科学发现，有时就是一瞬间的事。
#夜空中的两次眨眼小行星32230卫星发现记
