搖晃的恆星引導我們到達第100個地球

2020-12-03 百家號

耶魯大學天文學教授黛博拉·菲舍爾(Debra Fischer)是尋找系外行星的「徑向速度」或「擺動」方法的領先專家。她與智利的Cerro Tololo美洲天文臺合照。

作者:美國宇航局太空探索計劃的帕特布倫南

到目前為止,對其他恆星周圍的行星的追捕取得了令人振奮的成功:在我們的銀河系中確認了超過3,400顆,我們現在知道,數千億顆行星可能在等待發現。大多數這些系外行星都是使用「過境方法」發現的:當軌道行星越過它的恆星面時,尋找一個微小的,有說服力的「陰影」。

但是,為了知道行星是否可能是巖石或氣態行星,科學家需要能夠計算密度,並且在許多情況下,除了一種方法之外,他們還需要另一種方法。耶魯大學天文學教授黛博拉·菲舍爾(Debra Fischer)是尋找系外行星的「徑向速度」或「擺動」方法的領先專家。

通過這種方法,天文學家可以追蹤恆星在軌道行星被拉動時的變化速度。拖動的大小和性質可以揭示這些行星的巨大質量,以及它們繞恆星運行需要多長時間,這是尋找巖石,含水,生命世界的關鍵信息。旨在研究行星大氣和未來太空任務可以跟蹤這些行星,分離光譜儀尋找可能表明存在生命的氣體,例如氧氣和甲烷。

菲舍爾最近花時間談論她的團隊正在開發的一種新的行星狩獵工具,作為「發現100個地球」項目的一部分,以及她對系外行星天文學未來的希望。

當他們問你做什麼時,你會告訴別人什麼?

我是行星探測器,行星獵手或天文學家。我告訴他們我發現行星繞著附近的恆星運轉。現在我們正在嘗試用都卜勒(「擺動」)技術構建更靈敏的儀器來探測更小的行星。

現在我的團隊正在建造一臺名為EXPRES的極為精確的光譜儀,我們將在今年年底前推出(到位於亞利桑那州Happy Jack的洛厄爾天文臺的探索頻道望遠鏡)。把我所知道的20年行星狩獵的所有內容都放到了這個光譜儀的設計中。我們科學計劃的標題是「尋找100個地球。」我們的目標是附近的恆星。我們現在從克卜勒(美國宇航局的克卜勒太空望遠鏡)了解到,幾乎所有這些恆星都將擁有行星系統。也許他們中的一半會有小而多巖石的行星,一半或更多。我們是憑藉克卜勒的「擺動」技術而去發現它。

這些觀察結果對美國宇航局未來的任務是否有用?

今天正在計劃的許多NASA任務都有一個系外行星。克卜勒現在正在K2階段飛行。TESS通過系外行星測量衛星。JWST(詹姆斯韋伯太空望遠鏡,2018年發射)將能夠看到系外行星。WFIRST(廣角紅外探測望遠鏡,一個任務概念)擁有這個巨大的系外行星組件。現在我是NASA研究未來天文臺概念LUVOIR(大型紫外光學紅外測量儀)的社區聯合主席。這項任務將為正在研究宇宙起源和星系演化的天文學家提供服務。它還將獲得圍繞附近恆星的類地行星大氣的光譜,以搜索生物印記。

生活正在推動我們在地球上的瘋狂化學反應。

我認為第一步,我們今天可以做的事情,是識別附近恆星周圍的類地行星,確定它們的軌道並測量行星的質量。行星質量的測量可以通過都卜勒技術獨立地完成。如果你沒有質量,那麼當我們擁有NASA天文臺的行星大氣層數據時,這樣的解釋是不成立的。你需要地球的質量才能了解氧氣和甲烷等物質是否具有生命或生物來產生的。

生命正在推動我們在地球上的氧氣,二氧化碳,甲烷在我們的大氣層中的瘋狂化學反應。

對於科學或工程職業感興趣的年輕女士,您有什麼建議?

這是一個令人難以置信的天文學時期,在系外行星。這個領域正在蓬勃發展。而且我認為在該領域擁有大量的多樣性非常重要。我毫不懷疑,我處理問題的方式與我曾經合作過的那一代人不同。因此我希望能夠在一個獨特而略有不同的方向上佔領這個領域。這就是年輕女性進入該領域所能做的事情,創造新事物。這對科學的活力非常重要。

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    我的問題是:太陽光到達地球和銀河系中的其他行星需要多長時間?太陽光能傳播到太陽系以外的地方嗎?太陽比我們太陽系中的行星大多少?感謝您為此花費時間。從太陽表面發射出來的光大約需要8.3分鐘才能到達地球。光到達我們太陽系中的行星(不是銀河系,只是我們自己的星系)所需的時間,從水星的約3分鐘到海王星的約4.15小時不等。原則上,太空中沒有什麼可以阻止太陽光無限遠地傳播。
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