搜尋流浪行星

2020-09-07 NASA愛好者

雖然我們對太陽系很熟悉,但它其實可能有些不為人知的古怪之處。銀河系擁有許多行星圍繞恆星運行。不過我們發現了根本不圍繞任何恆星運行的行星,它們獨自在銀河系中漂流(除非有衛星相伴)。這類行星被稱為流浪行星( rogue planets)。

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流浪行星源自何處?

行星的形成過程相當混亂。科學家認為,行星是在年輕恆星周圍被稱為原行星盤的氣態塵埃盤中形成的,氣體塵埃不斷聚集形成更大的天體。

碰撞和近距離接觸有時會使行星脫離其母恆星的引力束縛,形成流浪行星。不過流浪行星也可能形成於孤立的塵埃氣體雲,這些塵埃氣體雲因規模太小而無法創生出恆星。

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看見原先所看不見的行星

科學家已經發現了4000多顆系外行星,但只有少數是流浪行星。因為流浪行星很難被發現!流浪行星對我們來說幾乎完全看不見,因為它們不能像恆星同樣本身發出耀眼的光芒,而且宇宙也漆黑一片。這就像是在沒有手電筒的情況下,在一間暗房裡尋找一隻黑貓。

天文學家尋找行星時,一般都是通過它所圍繞運行的恆星來進行尋找的,觀測圍繞軌道運行的行星可能對母恆星產生的微小影響。但這對流浪行星卻不起作用,因為它們沒有圍繞恆星運轉。此外,流浪行星通常溫度很低,所以也無法利用紅外線望遠鏡的熱視覺找到它們。

那麼我們怎樣才能找到流浪行星呢?天文學家利用一種奇妙的宇宙現象,通過流浪行星對星光的影響來探測它們。當地球、流浪行星和遙遠的背景恆星排成一列時,流浪行星會扭曲增強背景恆星的星光。這種現象被稱為引力微透鏡效應(Microlensing),看起來是如下所示:

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想像你有一個蹦床,一個高爾夫球和一個看不見的保齡球。如果你把保齡球放在蹦床上,即使你不能直接看到球,你也能看到它是如何在蹦床上留下凹痕的。如果你在它附近滾動高爾夫球,它會改變高爾夫球的路徑。

流浪行星對太空的影響就像保齡球扭曲蹦床一樣。當來自一顆遙遠恆星的光經過一顆流浪行星時,會在發生扭曲(就像上面的動畫中它在恆星周圍彎曲一樣)。如果地球上的天文學家觀察這顆恆星,他們會注意到恆星會短暫地變亮。亮度尖峰的形狀和持續時間會使天文學家們知道那裡有一顆行星存在,即使行星本身無法被看見。

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地面望遠鏡必須透過地球的湍流大氣來搜尋流浪行星。但當南希•格蕾絲•羅曼太空望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)於本世紀20年代中期發射後,將處於地球大氣層之外(甚至比月球還遠),這將為觀測遙遠的恆星以及流浪行星提供更好的視角。

其他的太空望遠鏡必須非常幸運才能發現這些百萬分之一的引力微透鏡信號。但是羅曼太空望遠鏡會花幾個月的時間觀察大片的天空來捕捉這些轉瞬即逝的信號。

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來自流浪行星的教訓

科學家們已經提出了不同的模型來解釋不同的行星系統是如何隨著時間的推移而形成和變化的,但我們仍然不知道哪些是正確的。這些模型對流浪行星做出了不同的預測,所以研究這些流浪行星可以幫助我們發現哪種模型最有效。

當羅曼太空望遠鏡發現微小的透鏡狀星光光點時,天文學家就能通過光點持續的時間,很好地了解產生該信號的天體的質量。科學家們希望這項任務能探測到數百顆流浪行星,這些行星的體積小至火星(大約是地球的一半大小),大至氣態巨行星,比如木星和土星。

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按照設計目的,羅曼太空望遠鏡只打算在銀河系的一小片區域尋流浪行星。科學家們想出了一個機智的方法,利用羅曼太空望遠鏡未來的數據來估計整個銀河系中有多少流浪行星。這些信息將幫助我們更好地了解太陽系,知道相比銀河系的其他星系,太陽系是相當普通還是有點古怪。

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羅曼太空望遠鏡將有非常廣闊的視野,其捕捉到的視野幾乎是哈勃太空望遠鏡的100倍。這項任務將幫助我們了解除了流浪行星之外的各種各樣的有趣的事情,比如暗能量和暗物質,這將幫助我們更好地了解我們在太空中的處境。

欲了解關於羅曼太空望遠鏡的更多信息,請戳閱:https://roman.gsfc.nasa.gov/。

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