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新仪器首次直接发现最轻系外行星

原标题:天文学家:若想寻找外星生命需要一个全新的太空望远镜

未来太空望远镜,谁来接棒 NASA提出四大拟议方案

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据外媒报道,一些科学家们认为,如果NASA真的想要在寻找地球以外的生命,那么它需要向太空发射并启用一个全新的大型太空望远镜–该望远镜能够直接捕捉到太阳系外星图像–才行。然而目前这样的技术还不存在。据悉,这一想法源于美国国家科学院、工程院与医学院成员整理的一份关于研究和探索太阳系外行星最佳策略的报告。

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智利双子座南方望远镜发现了木星大小的系外行星。图片来源:Marshall Perrin

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针对不同波长和目标的四款拟议的望远镜正在“争宠”,幸运者将于本世纪30年代升空。图片来源:《科学》杂志网站

科学家迄今为止已经发现了约2000颗太阳系外行星,但其中只有10颗系外行星能够直接被观测到,这是因为与其环绕的明亮母星相比,这些行星未免太过昏暗。如今,一个设计用来直接成像的仪器找到了自己的第一颗新的系外行星——一颗位于波江星座的100光年之外的与木星类似的天体。

在收集了该领域专家的意见后,该机构总共提出了7条建议,其中望远镜名列榜首。

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这是迄今为止直接成像的最模糊、质量最小的系外行星,并且是第一颗显示大气中富含甲烷的系外行星,类似于太阳系中的巨行星。双子座行星成像仪项目负责人、取得这一发现的美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学物理学家Bruce
Macintosh表示:“这个光谱看起来真像一颗行星。”

不过在制作报告的时候,作者并没有将潜在的财政限制考虑在内。俄亥俄州州立大学天文学教授Scott
Gaudi在接受媒体采访时表示,他们并没有特别考虑成本、日程安排或任何其他类似的因素,“这只是一种系外行星社区认为如果想要解决我们的科学目标需要做的最重要的事情而达成的共识。”

据美国《科学》杂志官网近日报道,对美国国家航空航天局的天文学家来说,今年可谓流年不利。其詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射日期已被推迟到2021年3月,而且成本已超过88亿美元;与之“同病相怜”的还有宽视场红外巡天望远镜,该望远镜旨在确定神秘暗能量的本质,或将超支4亿美元。

这颗名为51 Eri
b的行星相当年轻——大约只有2000万年。其质量约为木星的2倍,其轨道与母星的距离大约是木星距离太阳的2倍。

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然而,这无法阻挡天文学家们追求星辰大海的梦想。美国天体物理学领域的《十年调查》于上月启动,旨在为NASA、美国能源部和国家科学基金会的未来任务确定优先事项,其中关键任务之一是从四个拟议的望远镜项目中挑选一个,做JWST和WFIRST的“接班人”。

研究人员在8月13日的美国《科学》杂志网络版上报告了这一发现。

眼下,天文学家都是通过间接的方式找到系外行星。关注遥远世界最常见的方法就是观察它们在母星目前经过的过程,也就是所谓的凌日。NASA已经投放在地球轨道的TESS就是用这种方式寻找行星的,未来投入使用的詹姆斯韦伯太空望远镜亦是如此。另外一种方法则是观察行星的重力是如何影响它的母星。即便一些行星非常小,但它们仍能让其恒星发生轻微摆动。

《科学》杂志的报道称,目前已“浮出水面”的这“四朵金花”各有千秋,无论最后选中哪朵,关键是进行成本控制,不要步JWST和WFIRST的后尘。

据Macintosh介绍,天文学家曾期待在与木星类似的巨大系外行星光谱中发现甲烷存在的有力证据,但迄今为止只探测到了微量的痕迹。Macintosh说,其他许多直接成像的行星的光谱与那些小而低温的恒星类似,而51
Eri b却显示出了水蒸气与甲烷的强烈信号。

对一颗系外行星进行直接成像是一项非常近艰巨的任务,由其是跟地球一般大小的。这些行星距离它们的母星都非常近,很容易被附近的星光淹没。因此,为了能实现这个目标,科学家们将需要在未来的太空望远镜上安装一些特殊的工具以此来阻挡或减弱恒星的光线。

四大方案 浮出水面

加利福尼亚州山景城美国宇航局艾姆斯研究中心天体物理学家、GPI团队成员Mark
Marley指出:“由于51 Eri
b的大气富含甲烷,这意味着这颗行星正处在成为我们熟悉的木星的表亲的过程中。”Macintosh对此表示赞同,他说:“这真的是迄今为止直接成像的最像木星的天体了。”

幸运的是,天文学家一直在研究这个问题。其中一个概念就是日冕仪。日冕仪是一种光学仪器,它可以被连接到望远镜上,用反光镜来抑制来自恒星的光线,使人们更容易看到隐藏在附近的行星。地球上和太空中的望远镜就都配备了日冕仪来帮助研究太阳,但这种高对比度的仪器还没有在太空中进行全面测试。

这四大拟议的望远镜包括:“大型紫外/光学/红外测量仪”,这款15米宽的巨型望远镜的集光能力将是哈勃太空望远镜的40倍,旨在追溯到宇宙的第一个星系,并厘清宇宙其他地方是否有生命存在这一亘古谜题。

无论是导致母星摆动还是所谓的凌日现象,至今几乎所有的系外行星都是通过间接手段被发现的。这些技术能够让天文学家了解一颗系外行星的质量或大小,但却无法搞清后者是什么样子的。把一颗行星的光分解为光谱能够揭示其大气的化学构成。然而直接捕捉这样的光线就如同在一条探照灯光束的附近寻找一只萤火虫。目前的天文望远镜并不具有这样的分辨率,除非在一些特殊情况下,即恒星是昏暗的而行星是明亮的且在一条宽阔的轨道上运行。

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