Beta Pictoris b：迄今为止由真实数据合成的最长的系外行星延时镜头

降法讲顾

Beta Pictoris b：迄今为止由真实数据合成的最长的系外行星延时镜头。鸣谢:西北大学

据西北大学（阿曼达·莫里斯）：西北大学的一名天体物理学家制作了迄今为止最长的系外行星延时视频。

这段视频由真实数据构建而成，显示了Beta Pictoris b——一颗质量是木星12倍的行星——在倾斜的轨道上围绕其恒星航行。该延时视频将17年的镜头(收集于2003年至2020年之间)浓缩为10秒钟。在这几秒钟内，观众可以看到行星完成一个完整轨道的75%。

领导这项工作的西北大学天体物理学家王凯峰说:“我们还需要六年的数据，才能看到一个完整的轨道。”。“我们快到了。耐心是关键。”

作为系外行星成像方面的专家，王是西北大学温伯格文理学院物理学和天文学助理教授，也是天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的成员。去年年底，王公布了一段历时12年的视频，展示了一个由四颗系外行星组成的家族围绕其恒星运行的情况。

Pictoris b是一颗巨大的行星，位于Pictor星座，距离地球约63光年。Beta Pictoris b与其恒星(Beta Pictoris)之间的距离大约是地球与太阳之间距离的10倍。与我们的太阳相比，Pictoris的质量是它的1.75倍，亮度是它的8.7倍。它也非常年轻——只有2000万到2600万年。

当Beta Pictoris b在2003年首次被拍摄时，它的大小和亮度使得它比其他系外行星更容易被发现。

“它非常亮，”王说。“这就是为什么它是第一个被发现并直接成像的系外行星之一。它是如此之大，以至于它处于一颗行星和一颗褐矮星的边界，这两颗行星比行星质量更大。”

王几年前开始跟踪这颗系外行星，构建了他的第一个该系统的延时镜头，以显示其五年的旅程。为了得到更新的更长版本的时间推移，王向伊利诺斯州温内特卡市新特里尔高中的学生玛拉基·诺尔寻求帮助。诺埃尔在2022年夏天作为CIERA的高中生天文学研究经验(REACH)项目的成员。然后，作为REACH的毕业生，Noel在2023年1月开始在王的指导下工作。

Noel使用人工智能驱动的图像处理技术统一分析来自三个仪器的档案图像数据——一个在双子座天文台，两个在欧洲南方天文台。在Noel统一处理数据后，Wang使用一种称为运动插值的算法技术来填充间隙，以创建一个连续的视频。否则，这颗系外行星将会四处跳跃，而不是平稳地在太空中运行。

“如果我们只是组合图像，视频看起来真的很抖动，因为我们没有连续17年每天观看该系统，”王说。“算法消除了抖动，所以我们可以想象如果我们每天都看到它，这个星球会是什么样子。”

“由于时间跨度长，数据集之间有很大的差异，这需要频繁地调整图像处理，”Noel说。“我真的很喜欢处理数据。虽然现在下定论还为时过早，但天体物理学绝对是我正在认真考虑的职业道路。”

为了组合视频，王还使用了一种名为“自适应光学”的技术来校正由地球大气层引起的图像模糊，并使用专门的仪器来抑制系统中央恒星的眩光。(这也是为什么视频中央有一个黑色圆圈围绕着一个卡通明星图标。)

即使使用了这些技术，这颗恒星的眩光仍然如此强烈，以至于当它太靠近系外行星时，它会黯然失色。对于这些部分，王用“x”标记了暂时无法观察到的系外行星，以便观众可以跟踪它的路径。

王希望他的系外行星视频能让观众一窥行星运动，并对宇宙的内部运作表示钦佩。

“很多时候，在科学中，我们使用抽象的概念或数学方程，”王说。“但像电影这样的东西——你可以用自己的眼睛看到——会给你一种发自内心的对物理的欣赏，这种欣赏不会从仅仅看图表上的情节中获得。”

为了制作这段视频，王使用了双子座天文台的双子座行星成像仪和欧洲南方天文台的NACO和球体仪器的数据。