世界上什么是“系外行星”?

来源:困难的成功 2018-11-10 22:17:14

世界上什么是“系外行星”?银河系,我们自己的星系,在智利的La Silla望远镜上空延伸。隐藏在我们自己的银河系内的是数万亿个行星,大多数都等待被发现。走出一个晴朗的夜晚,你可以确定我们的祖先只能想象的东西:你看到的每一颗星都可能是至少有一颗行星。

环绕其他恒星的世界被称为“系外行星”,它们有各种各样的大小,从比木星更大的气体巨星到与地球或火星一样大的小型岩石行星。它们可以足够热以煮沸金属或锁定在深度冷冻。他们可以如此紧紧地绕着他们的恒星运行,以至于“一年”只持续几天; 他们可以一次绕两颗太阳运行。一些系外行星是没有太阳的流氓,在永恒的黑暗中徘徊在银河系中。

系的银河系是在最黑暗,最清晰的夜晚穿过天空的浓密星星。它的螺旋状扩张可能包含大约4000亿颗恒星,其中包括太阳恒星。如果这些恒星中的每一个都不仅仅有一个行星,而且像我们一样,它们是整个系统,那么银河系中行星的数量确实是天文数字:我们已经进入了数万亿。

这个岩石超级地球是未来望远镜类型的例证,如TESS和詹姆斯韦伯,希望在我们的太阳系外找到。几千年来,我们人类一直在猜测这种可能性,但是我们的第一代人确实知道系外行星真的在那里。事实上,那里的方式。我们最近的邻近恒星Proxima Centauri最近被发现拥有至少一颗行星 - 可能是一颗岩石。它距离我们4.5光年 - 超过25万亿英里(40万亿公里)。到目前为止发现的大部分系外行星距离数百或数千光年。

坏消息:到目前为止,我们还没有办法接触到它们,也不会很快留下足迹。好消息:我们可以查看它们,了解它们的温度,品尝它们的气氛,或许有一天,很快就会发现生命迹象,这些迹象可能隐藏在从这些昏暗遥远世界捕获的光线像素中。

在世界舞台上爆发的第一颗系外行星是51 Pegasi b,一颗50光年远的“热木星”,围绕着它的恒星被锁定在为期四天的轨道上。分水岭年份是1995年。突然之间,系外行星是一回事。

当行星直接穿过它的恒星和观察者之间时,它会使恒星的光线变暗一个可测量的数量。但是已经出现了一些提示。1988年发现了一个现在被称为Tadmor的行星,尽管这一发现于1992年被撤销。十年之后,更多更好的数据明确表明它确实存在于哪里。从1992年开始,还发现了一个由三个“脉冲星行星”组成的系统。这些行星绕着距离我们大约2300光年的脉冲星运行。脉冲星是高密度,快速旋转的死星尸体,用灼热的辐射掠过围绕它们的轨道上的任何行星。现在我们生活在一片系外行星中。已确认的行星计数为3,700,并且正在上升。这只是整个银河系的一小部分样本。随着我们增加机器人望远镜进入太空的数量和观测能力,计数可能会在十年内上升到数万。

我们是怎么来到这里的?

我们站在科学史的悬崖边上。早期勘探的时代,以及第一次确认的系外行星探测,正在让位于下一阶段:更加尖锐和更复杂的望远镜,在太空和地面上。它们会广泛但也会向下钻取。有些人的任务是对这些遥远的世界进行更加精确的人口普查,确定他们的众多规模和类型。其他人会仔细检查个别行星,他们的气氛,以及他们拥有某种生命形式的潜力。

系外行星的直接成像 - 即实际图像 - 将发挥越来越大的作用,尽管我们主要通过间接方式达到了我们目前的知识状态。两种主要方法依赖于摆动和阴影。这种称为径向速度的“摆动”方法可以观察到恒星在由轨道行星的引力拖拉来回拉动时的紧张情绪。摆动的大小揭示了行星的“重量”或质量。

这部令人回想起的四颗行星的电影比木星绕着年轻的恒星HR 8799轨道运行更为庞大,是一种综合体,包括在夏威夷的WM凯克天文台拍摄了七年的图像。

这种方法产生了第一次确认的系外行星探测,包括1995年的51 Peg,由天文学家Michel Mayor和Didier Queloz发现。到目前为止,使用径向速度法的地面望远镜发现了近700颗行星。

但绝大多数系外行星都是通过寻找阴影找到的:当一颗行星穿过它的脸时,一颗恒星在光线中的微小下降。天文学家称此过境是“过境”。星光下降的大小揭示了过境行星周围的大小。不出所料,这种行星阴影搜索被称为传输方法。美国宇航局于2009年发射的开普勒太空望远镜以这种方式发现了近2,700枚确认的系外行星。现在,在其“K2”任务中,开普勒仍然在发现新的行星,尽管它的燃料很快就会消失。

每种方法都有其优点和缺点。摆动探测提供了行星的质量,但没有提供有关行星周长或直径的信息。过境检测显示直径但不显示质量。

但是当多种方法一起使用时,我们可以学习整个行星系统的重要统计数据 - 无需直接对行星本身进行成像。到目前为止,最好的例子是距离我们大约40光年的TRAPPIST-1系统,其中七个大致地球大小的行星绕着一颗小的红色恒星运行。

在特拉普-1的行星已经研究了与地面和太空望远镜。天基研究不仅揭示了它们的直径,而且揭示了这七颗紧密堆积的行星相互之间的微妙引力影响; 由此,科学家们确定了每颗行星的质量。

所以现在我们知道它们的质量和直径。我们也知道它们的恒星辐射的能量有多少撞击这些行星的表面,让科学家们估计它们的温度。如果你站在其中一个上,我们甚至可以合理估计光线水平,并猜测天空的颜色。虽然这七个世界仍然未知,包括它们是否拥有大气或海洋,冰盖或冰川,它已成为除我们自己以外最着名的太阳系。

我们去哪?

下一代太空望远镜正在我们身上。首先是TESS,即过境系外行星测量卫星的发射。这个非凡的仪器将对近距离,更明亮的恒星进行近乎全天的调查,以寻找过境行星。Kepler,过去的过境大师,将把发现的火炬传递给TESS。

反过来,TESS将揭示詹姆斯韦伯太空望远镜近距离观察的最佳候选者,目前计划于2020年发射。韦伯望远镜,部署一个巨大的,分段的聚光镜,将骑在一个瓦片上平台,旨在直接从行星本身捕捉光线。然后光可以分成多色光谱,这是一种条形码,显示行星大气中存在哪些气体。韦伯的目标可能包括“超级地球”,或比地球更大但比海王星更小的行星 - 有些可能是我们自己的超大尺寸版本的岩石行星。

美国宇航局的系外行星计划中的不同任务和观测站的图示,包括现在和未来。人们对这些大行星知之甚少,包括一些行星是否适合生活。如果我们非常幸运,也许其中一个会在其大气中显示出氧气,二氧化碳和甲烷的迹象。这种混合气体会强烈地提醒我们自己的气氛,可能表明存在生命。但是,在20世纪20年代或20世纪30年代,在地球大小的系外行星上寻找类似地球的大气可能需要等待下一代甚至更强大的太空探测器。由于开普勒望远镜的统计调查,我们知道上面的恒星富含行星伴星。当我们盯着夜空时,我们不仅可以确定大量的系外行星邻居,还可以肯定其他事情:冒险才刚刚开始。

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