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新的光学设备加速寻找类似地球的系外行星

发布时间:2018-05-16

一种称为绿色天文梳的新型基于激光的技术将使天文学家能够确定他们发现的遥远系外行星是岩石般的地球般的世界,还是像Jupiter这样密度较低的气体巨星。 /

天文学家哈佛史密松天体物理中心的李志豪和大卫菲利普斯希望重新发现金星,那些熟悉的,附近的行星观星者一年中大部分时间都可以用肉眼看到。

当然,人类首先在古代发现了维纳斯。但李和菲利普在脑海中有着明显的现代感。他们计划再次使用安装在意大利国家望远镜上的一个强大的新型光学装置来发现第二颗行星,该装置将测量金星对太阳的精确引力。如果他们获得成功,他们对这项新技术的首次示范将用于寻找类似地球的系外行星围绕远处的恒星。

“我们正在建造一个望远镜,让我们以看到其他恒星的方式看到太阳,”哈佛 - 史密松天体物理中心的职员科学家菲利普斯说。天体物理学研究中心的研究员李和李将在10月19日至23日在美国亚利桑那州图森市召开的光学学会(OSA)第98届年会光学前沿会议上发表论文介绍该装置。 。李是该论文的主要作者,该论文有12位合作者。

天文学家已经确定了1,700多颗系外行星,其中一些距离数百光年远。大多数是通过传统的运输方式发现的,这种运输方式衡量的是当一颗行星围绕着一颗遥远的恒星转过那个发光体,直接在地球和恒星之间移动时,亮度的下降。这提供了有关地球大小的信息,但不是它的质量。

Li和Phillips正在开发一种新的基于激光的技术,称为绿色天文梳,用于“径向速度法”,该技术提供有关遥远行星质量的补充信息。从这些信息中,天文学家将能够确定他们发现的遥远系外行星是否像地球一样的岩石世界或木星等密度较低的天然气巨人。该方法足够精确,可以帮助天文学家在“可居住区”中识别出类似地球的行星,即轨道距离“甜点”,水以液体的形式存在。

更好的激光精确度

径向速度法是通过测量外行星引力如何改变恒星发出的光线来工作的。当系外行星环绕一颗恒星时,它们的引力就会拖曳这颗恒星,改变它朝向或远离地球的速度,并且会有少量变化。这颗恒星在接近地球时稍微加速,每个光波的到达时间要比它之前的波少一秒。对地球上的观察者来说,这些波浪的波峰看起来比它们应该靠得更近,所以它们看起来频率更高,看起来更蓝。随着恒星消退,峰顶进一步分开,频率看起来更低和更红。

这种基于运动的频率变化被称为多普勒频移。天文学家通过捕获数码相机像素上恒星的光谱并观察它随时间变化来测量它。

当今最好的光谱仪只能测量由每秒1米或更高的速度变化引起的多普勒频移。只有靠近主星的大型天然气巨头或“超级地球”才有足够的重力来引起这些变化。

然而,新的天文梳李,菲利普斯和他们的同事们正在开发,能够探测到每秒10厘米的多普勒频移 - 小到足以发现可居住区类似地球的行星,甚至距离数百光年远。

“天文梳通过向光谱仪注入8000行激光进行工作。它们像相同波长的星光一样击中像素。这创建了一组梳状的线条,让我们可以将光谱仪降至1 / 10,000像素。所以如果我在像素的这一部分有光线,我可以告诉你准确的波长,“菲利普斯解释说。

“通过这样校准光谱仪,我们可以考虑影响光谱仪性能的温度或湿度的微小变化。通过这种方式,我们可以将今晚拍摄的数据与现在五年后同一颗恒星的数据进行比较,并发现非常小的多普勒频移,“他说。

看到绿色

李和他的合作研究人员几年前开创了天文梳,但它只适用于红外和蓝光。他们的新天文梳子让天文学家测量绿光 - 这对寻找系外行星来说更好。

菲利普斯说:“我们看到的恒星在绿色可见光范围内最亮,这是范围光谱仪可以处理的。”

由于研究人员需要将红色激光转换为绿色频率,构建绿色天文梳是一项挑战。他们通过制造将一种颜色的光转换为另一种颜色的小纤维来实现。

菲利普斯说:“红灯亮了,绿灯亮了。 “尽管我每天都看到它,并且理解了物理学,但它看起来很神奇。”

研究人员计划通过指向我们的太阳来测试绿色天文梳,分析它的光谱,看看它们是否能找到金星并重新发现它的革命特征时期,它的大小,质量和组成。

“我们对金星有了很多了解,我们可以将我们的答案与我们已知的信息进行比较,所以当我们将光谱仪指向遥远的恒星时,我们对自己的答案更有信心,”李说。

哈佛 - 史密森研究小组正在将该设备安装在高精度径向速度行星搜索器(HARPS-N)上,这是一款新型光谱仪,旨在使用意大利国家望远镜搜索系外行星。

“我们将通过开普勒方法研究由开普勒卫星望远镜确定的数千个可能的系外行星。我们的两种方法一起可以告诉我们很多关于这些世界的信息,“李说。

而且,因为他已经发现了金星,他会更确定的答案。

演示文稿:FW5D.2,“用于类地球外行星搜索的绿色天文梳”将于10月22日星期三下午4:30举行。亚利桑那州宴会厅MST,图森斯塔尔JW万豪度假酒店沙龙11。

来源:哈佛 - 史密松天体物理中心

图片:大卫菲利普斯