为何要找系外行星?人们试图回答3个终极问题

航天
  • 新华社
  • 2018-04-19 22:09

美国东部时间4月18日傍晚,肩负寻找系外行星任务的全新探测器“苔丝(TESS)”(凌日系外行星勘测卫星)升空(详见本站《NASA新卫星TESS搭载猎鹰9号火箭执行发射升空: 寻找系外新地球》一文)。它将接棒“开普勒”望远镜,继续在茫茫宇宙中寻找系外行星。系外行星为何如此受到地球人类的关注?新一代的“苔丝”能否慧眼识星,开启人类研究系外行星的新时代?

为什么要寻找系外行星

“苔丝”是2009年升空的“开普勒太空望远镜”的继任者。“开普勒”设计任务期3.5年,几经磨难,目前仍在服役中。但“好摘的果子都摘完了”,天文学家希望给太阳系外的行星邻居做更详细的“普查”,因此“苔丝”接棒上场了。

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在肯尼迪宇航中心的“苔丝”探测卫星。 NASA 图

人们寻找系外行星主要试图回答3个“终极问题”:

第一、我们从哪里来?

这是目前系外行星研究中科学意义最强的领域,其中包括行星起源过程中的碰撞和气体吸积以及新型动力演化过程中的共振、椭圆轨道和混沌现象等。

第二、我们是宇宙中孤独的文明吗?

物理学家费米曾提出过一个著名问题:“他们都在哪儿呢?”自从知道地球并非宇宙的中心,人们就猜测或许有地外文明的存在,但对水星、火星等太阳系行星的探索尚未找到生命存在的证据,于是科学家们把触角伸向了系外行星。

第三、我们要到哪里去?

在地球资源枯竭后找到“另一个地球”是众多科幻小说的主题,现在发现宜居星球已经成为严肃的科学研究。2016年,一个国际团队发现一颗环绕比邻星运行的行星可能具有适合生命繁衍的环境,激发了人类寻找“第二地球”的热情。

“苔丝”任务负责人、美国麻省理工学院天体物理学家乔治·里克说:“我们为未来系外行星研究奠定基础,不仅是21世纪,还包括22世纪,甚至1000年以后,‘苔丝’都将以建立了最好、最明亮的太阳系邻居体系而被铭记。”

系外行星为何难找

目前已知仅银河系中的恒星数量就数以千亿计,太阳系外行星的数量必然不在少数。

太阳系的行星在各主要的古老文明中均有记载,但确认系外行星的存在却是最近30年的事。

1988年,天文学家通过间接手段发现距地球45光年外仙王座的少卫增八A疑似有一颗系外行星,但直到2003年才确认了结果。

1992年,天文学家首次确认围绕脉冲星旋转的两颗系外行星,1995年,才第一次确认发现围绕一颗主序星旋转的系外行星。

系外行星如此难找,主要是因为与耀眼恒星不同,自身不发光的系外行星掩藏在恒星光辉中,很难被准确观测。为了“看到”系外行星,天文学家可谓使出浑身解数。

在10多种观测方法中,径向速度法和凌日光度法是两种主要的间接探测方法。其中,凌日光度法可以确定行星的半径。其原理是行星穿过母星时,母星的亮度会基于母星和行星的相对大小而微弱变暗,地球大小的行星“凌过”太阳大小的恒星时仅造成恒星变暗0.008%,因此需要探测设备具备“火眼金睛”才可能看得清。

这颗卫星有什么绝活

美国夏威夷大学天文学家丹尼尔·胡贝尔说:“‘苔丝’是我们理解行星和其母星的规则改变者。”具体来看,探测器“苔丝”主要有三大绝活。

第一,它看得远。据美航天局介绍,“苔丝”将扫描约20万颗太阳附近的明亮恒星,寻找“凌星”的系外行星。

两年内,“苔丝”将扫描全天约85%的区域,将其分为26个不同部分,飞行器上的照相机对每个部分仔细观察27天。

与“前辈”开普勒相比,苔丝的观测视野要广400倍。“苔丝”观察到的恒星也比开普勒任务观察到的恒星亮30倍到100倍,可供地基和天基望远镜更加方便地进行后续研究。

第二,它找得多。这颗卫星预计将发现“大批”系外行星,可能包括数千颗系外行星候选者,大幅增加目前已知的系外行星数量。

资料显示,开普勒任务确认发现了2600多颗系外行星,但没发现的都是掩藏在明亮恒星光芒下的“难啃的骨头”,需要“眼更尖”、“不怕晃”的“苔丝”继承使命。

第三,它有“后手”。找出数千颗候选系外行星后,“苔丝”还可以同地基望远镜的后续观测配合,确认系外行星的真实身份,如行星质量等。运用已知的行星大小、轨道和质量,科学家还可推断出行星组分,即它们是像地球一样的岩石行星,还是像木星一样的气态行星,或是更为不同寻常。

美航天局“苔丝”项目科学家史蒂芬·莱因哈特说,这一探测器寻找的目标可成为未来几十年科学研究的主要内容,这是系外行星研究新时代的开始。

(原标题:为何大费周章寻找系外行星?人们试图回答3个“终极问题”)


来源:新华社

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编辑:jinpeng

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