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  • 夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    也许你还记得“哈利波特与魔法石”的开场场景,那一幕发生在女贞路。一个留着胡子的人从深色长袍里拿出一个神秘装置,叫做发光器,路灯的灯光一个接一个地射进里面。在过去的十多年里,世界各地的科学家们一直在忙于设计和完善一种类似设备,称为日冕仪。用它阻挡来自恒星的光线,这样科学家就可以拍摄围绕它们旋转的行星,即系外行星的照片。500多年前,意大利修士佐丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno)假设:

    夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    夜空中的恒星就像太阳一样,周围环绕着行星,其中一些可能蕴藏着生命。从20世纪90年代开始,天文学家利用地面和卫星观测收集了数千颗太阳系外行星或系外行星存在的证据,系外行星的发现也赢得了2019年诺贝尔物理学奖。系外行星研究的下一个主要里程碑是在可见光下成像和表征木星大小的系外行星,因为成像地球大小的行星要困难得多。然而,成像外木星将表明,宇航员拥有所有必要的工具来成像和描述附近恒星宜居带中地球大小的行星,那里可能存在生命。

    夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    目前,世界各地的科学家和工程师正在设计能够在其宜居地带对地外地球成像的空间飞行任务,如宜居系外行星观测站(HabEx)和大型紫外/光学/红外测量仪(LUVOIR),然而距离它们发射至少还要十年的时间。在为这些旗舰级任务做准备时,关键技术和软件工具的开发和验证至关重要,日冕仪对于所有这些成像工作都是必不可少。作者我一名物理学教授,领导着一个研究小组,该小组设计了许多曾在NASA任务中飞行的实验。

    可见光成像系外行星

    在过去十年左右的时间里,团队一直在开发所需的技术,以直接对附近恒星周围的系外行星进行成像和表征,并在火箭和气球上对它们进行测试,然后才能选择它们进行重大太空任务的飞行。尽管已知有4000多颗系外行星的存在,但大多数都是通过间接方法探测到的,比如当行星从前面经过并阻挡其部分光线时,会发生凌日现象,这是开普勒和凌日系外行星调查卫星(TESS)任务所采用的技术。2019年诺贝尔奖获得者使用了另一种间接方法:

    夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    该方法依赖于测量恒星围绕恒星运行的微小和周期性运动。但是,一张特征与太阳系相似的系外行星照片还没有拍摄到。为系外行星成像是很困难的,例如即使是像木星这样巨大的行星也比太阳暗10亿倍,从远处看,地球比木星暗10倍。但是,为系外行星成像的困难并不是因为它们是昏暗的,包括哈勃太空望远镜在内的大型望远镜拍摄到的都要暗得多。为系外行星成像的挑战与拍摄一个非常暗淡的物体照片有关,而这个物体离一个明亮得多的物体很近。

    夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    由于恒星和行星相距很远,当拍摄到它们时,它们看起来就像天空中的一个亮点,就像汽车的前灯从远处看起来就像一个亮光一样。因此,即使是最新成像的系外行星挑战也类似于在加利福尼亚州,一个人在距离马萨诸塞州灯塔明亮灯光3米远的地方拍摄一只苍蝇照片。研究团队新测试飞行了一个名为行星成像概念测试床的高空气球实验,使用的是一个可回收的实验-日冕仪,它测试了日冕仪在太空中工作的能力,以成像系外行星及其环境。

    夜空中的星星就像太阳,周围环绕着行星,其中一些可能有生命?

    Picture-C日冕仪创造了人工日食,以使星光变暗或消除,而不会使恒星照射的行星变暗。它被设计用来捕捉距离中央恒星非常近的暗淡小行星带状天体。虽然直接对系外行星成像需要日冕仪,但6000磅的设备还包括可变形反射镜,用于校正由于重力变化、温度波动和其他制造缺陷而变形的望远镜反射镜形状。最后,整个装置必须在相对较长的时间内在空间中保持稳定。美国宇航局专门设计名为“沃洛普斯弧形第二指针”(WASP)的吊船搭载了Picture-C。

    博科园|文:Supriya Chakrabarti/The Conversation

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