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未来十年将是人类发现地外行星的“黄金年”

新浪科技·2019/12/24

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图中是艺术家绘制的环绕比邻星运行的比邻星b,比邻星是距离地球最近的恒星。
北京时间12月24日消息,据美国生活科学网站报道,未来我们还会发现多少颗类地行星?能够揭晓外星生命的真实面目吗?在距离地球50光年的太空区域分布着大约1560颗恒星以及数千颗行星,大约有1000颗系外行星是岩石体,主要成分与地球相似,甚至一些行星潜在孕育生命的条件。由于之前太空探测技术的限制,99%的系外行星都未被观察研究,但现在情况发生了变化,美国宇航局TESS太空望远镜将有望发现数千颗系外行星。
TESS全称是凌日系外行星巡天望远镜,是美国新一代“系外行星搜索猎人”太空望远镜,能够全天域搜索邻近太阳系的潜在宜居行星,该望远镜平均每隔13.7天环绕地球一周,同时,一些先进的陆基望远镜也有望在未来几年内发现数百颗系外行星。
这将极大的改变天文学家对地球周围外星世界的理解和认识,并为新一代望远镜扫描寻找生命迹象提供目标,在短短1年多的时间里,TESS已确认发现了1200多颗候选系外行星,其中29颗已被天文学家证实是系外行星,基于TESS望远镜同时搜索数万个恒星系统的独特能力,预计它能发现1万多颗系外行星。
TESS太空望远镜令天文学家激动不已,尤其对于探索系外行星的研究人员而言,他们正在通过陆基和太空望远镜搜寻系外行星,研究分析系外行星的特征,以及孕育生命的可能性。
地球周围潜在大量未探测系外行星
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图中是凌日系外行星巡天望远镜(TESS)的太空勘测图像。
地球周围有大量星球有待于勘测发现,例如:以半人马比邻星为例,这是一颗不起眼的微弱红星,普通望远镜很难观测到,在银河系有数千亿颗类似的恒星,除了它是我们地球的邻居之外,并没有什么独特之处。在半人马比邻星轨道上运行着一颗神秘星球,叫做比邻星b,直到2016年才被科学家发现。
令人惊讶的是,天文学家对比邻星b 了解甚少,通常他们将一个恒星系统中发现的第一颗行星命名为“某星b”,人类从未用肉眼或者望远镜观测到这颗行星,知道它的存在是基于它对主恒星的引力作用,它使得比邻星出现轻微摆动,一支国际天文学家小组基于多个陆基望远镜采集数据发现这颗行星存在,比邻星b的岩石成分与地球十分相似,它接收到恒星的热量与地球相近。
这颗系外行星令人感到兴奋的原因在于它位于宜居地带,可能具有与地球相似的属性,例如:岩石表面、液态水,甚至大气层可能潜在着化学生命信息。
美国宇航局TESS太空望远镜于2018年4月发射,其主要目标是搜索地球体积大小的行星,但采取的观测方法较独特,TESS太空望远镜搜索罕见的恒星变昏暗事件——当行星掠过主恒星前方会遮挡一些恒星光线,该凌日事件不仅表明行星的存在,还能揭晓行星的体积大小和运行轨迹。
勘测到一颗凌日系外行星是一项重大发现,不同于“恒星摆动”发现的行星,凌日观测法有助于进一步研究凌日行星,并确定行星密度及大气成分。
红矮星
让科学家感到最兴奋的是那些体积较小的系外行星,TESS太空望远镜能够探测到环绕红矮星运行的系外行星,通常红矮星体积较小,质量不足太阳的一半。
每一个恒星系统都是与众不同的,例如:LP 791-18是距离地球86光年之遥的一颗红矮星,TESS太空望远镜在其周围发现两颗系外行星,一颗行星是“超级地球”,其体积略大于地球,主要成分是岩石,另一颗行星是“迷你海王星”,体积比海王星小,但富含气体和冰物质,它们均与太阳系行星不同。
天文学家认为最接近地球的系外行星是LHS 3884b,它的体积与地球相似,这是一颗高温“热地球”,环绕主恒星非常快,每环绕一周仅需11个小时。
迄今未发现潜在生命迹象的类地行星
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2016年5月,一支由比利时科学家带领的科研团队宣称发现一个环绕超冷矮星运行的行星系统,这颗超冷矮星被命名为TRAPPIST-1,在TRAPPIST-1系统中发现7颗地球体积大小的凌日系外行星。
迄今探测的类地行星与地球的相似性究竟有多少呢?天文学家已搜寻邻近行星并进行详细研究,一支天文学家小组使用哈勃太空望远镜观测到炽热的“超级地球”LHS 3884b,研究结果表明,这颗行星的环境非常可怕,它没有大气层,行星遍布裸露的岩石,中午温度可达700摄氏度以下,午夜温度却接近绝对零度。
TESS任务最初仅获得了两年的资金提供,但由于该望远镜勘测效果较好,美国宇航局计划将任务延长至2022年,用更多的时间扫描邻近地球的明亮恒星。
然而,搜寻环绕超低温恒星运行的系外行星仍是一项挑战,通常超低温恒星是指表面温度低于2700摄氏度的恒星,由于超低温红矮星为我们搜寻和研究类似地球体积和温度的系外行星最佳机会,其他的行星搜索项目也十分关注TESS太空望远镜数据。
TESS望远镜找不到的星球
2016年5月,一支由比利时科学家带领的科研团队宣称发现一个环绕超冷矮星运行的行星系统,这颗超冷矮星被命名为TRAPPIST-1,在TRAPPIST-1系统中发现7颗地球体积大小的凌日系外行星,这是一项突破性的重大发现。
该发现还证明了小型望远镜仍可以获得革命性发现,TRAPPIST陆基望远镜从阿塔卡马沙漠高空扫描夜空光线微弱的红矮星,寻找它们亮度的细微变化,最终它在红矮星TRAPPIST-1系统中发现凌日现象,虽然该恒星距离地球仅41光年,但对于TESS望远镜的4个直径10厘米镜片而言,其亮度太微弱很难被探测到,如果TRAPPIST研究小组拥有镜片直径更大的望远镜,其地球大小的行星可能仍无法被探测到。
目前,全球有两个地外星球搜索项目正在进行中,SPECULOOS团队在阿塔卡马沙漠安装了4个机械望远镜,在北美洲安装了1个机械望远镜;地外发现与探索网络(EDEN)项目使用9座陆基望远镜连续观察红矮星变化。
SPECULOOS和EDEN项目使用的望远镜透镜直径均大于TESS太空望远镜,有助于搜寻恒星周围过于昏暗、TESS无法探测的行星,其中包括距离地球很近的凌日类地行星。
探索系外行星的十年
未来十年可能会被人们牢记,因此我们将通过多种望远镜勘测地球之外的神秘世界,预计到2025年TESS太空望远镜可能发现1-1.5万颗系外行星;预计到2030年欧洲航天局GAIA和PLATO任务有望发现另一组2-3.5万颗系外行星,GAIA将通过恒星摆动方式探测行星,而PLATO将通过与TESS望远镜相同的凌日观测法探测行星。
然而,即使我们不久发现数千颗系外行星,距离地球最近的系外行星将是首选勘测对象,这些行星有诸多可研究分析的特征,从中分析该行星是否存在生命宜居条件。同时,发现最邻近地球的系外行星代表着人类探索宇宙的重大进展,在绘制了太阳系地图之后,人类开始转向邻近的行星系统。或许有一天,比邻星b或者附近另一颗天文学家尚未发现的行星将成为星际探测器的首选目标,例如:Starshot计划,或者是载人星际飞船,但首先我们要将这些行星绘制在地图上。