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  • 用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    一种新方法可能能够告诉科学家,系外岩石行星——与地球最相似的系外行星——是否拥有大气层。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:sciworthy 系外行星分类图示

    在之前十年里,天文学家在”宜居带”里观测到了许多可能与地球相似的的岩石行星。宜居带是恒星周围温度适宜的区域,其中的行星表面可能存在液态水。但与地球不同的是,大部分系外岩石行星位于又小又冷而活跃的M型矮星附近,矮星的辐射与恒星风会让这些行星上几乎不可能形成大气层。现在天文界的一个主要问题是,这些系外岩石行星是否能够维持大气层。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:syfy 红矮星系统想象图

    “我们从未分析过太阳系外岩石行星的大气层特征,”马里兰大学助理教授,研究报告作者伊莱扎·肯普顿告诉小发明网站。“这是分析宜居带中岩石行星特征的第一块铺路石。”研究者打算在刚从母恒星后经过前观测已知的地外行星,将总亮度与单独的恒星亮度进行比较。恒星与行星间距离的计算值能显示行星得到了多少辐射,而掩食前后的亮度差异能告诉天文学家们,这颗行星在日间重辐射了多少光线。如果行星辐射了所有的光线,那它很可能没有大气层。但少掉的光是大气层存在的证据,因为大气层可以将一些能量再分配到行星背后,或者分散开来。研究者将方法和背后的理论发表在了《天体物理学》杂志上的四篇论文里(1,2,3,4)。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:sciworthy 掩星法图解

    其他人之前尝试过寻找地外行星上的大气层;上一年,以劳拉·克赖斯伯格为首的一支队伍通过观测地外行星LHS3844b完整绕行母恒星一周时发射的光芒,确定了它没有大气层。但发明新方法的队伍想要加快研究速度。詹姆斯·韦伯空间望远镜很有希望在2021年发射,它能让天文学家比之前任何时候都更好地了解地外行星,而天文学家肯定会激烈地争抢它宝贵的观测时间。所以这支研究队伍将目标集中于发明一种调查方法,来在仅仅一轮观测中为数十颗系外行星是否有大气层的问题提供简洁的答案。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:newatlas 地外行星想象图

    这种方法不能告诉我们,大气层里有什么,比如是否被生物的存在改变,或者是否和我们的大气层类似。康奈尔大学卡尔·萨根学院主任丽莎·卡腾尼格在电子邮件中告诉小发明网站,她没有参与本次研究。但还是很有用的,她说。“这种方法可以用来确定哪些行星应该被作为重点,更加仔细地观测。”

    这种方法还有其他缺陷,肯普顿说。宜居带里的岩石行星可能含有被水改变的物质,如黏土之类,它们的反光状况会欺骗研究者认为其上存在大气层。宜居带里,有水的行星可能有生命迹象,但天文学家不会使用这种方法研究它们。事实上,他们会重点研究更靠近母恒星的行星。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:nasa 太阳与另一颗红矮星的大小对比

    但那也没事——研究者正在一步一步地解决问题。“我们想[用詹姆斯·韦伯空间望远镜]做的,是从简单的目标开始,” 肯普顿说。“更容易观察出特征的,是更暖而非更宜居的行星,它们占用望远镜更少的时间,也能得到更精确的结果。” M型矮星又小又冷,天文学家想知道围绕它们运行的岩石系外行星到底有没有大气层。如果的确有,那么这就是一直观测宜居带行星的原因之一。詹姆斯·韦伯空间望远镜可能是个独特的机会,来迅速确定哪些系外行星有大气层。我们只要希望它准时发射就好了。

    用亮度差来寻找大气层:对付系外类地行星的新方法

    图源:Ars Technica 詹姆斯·韦伯空间望远镜

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3. Alkaid虞-Ryan F. Mandelbaum

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