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探索太阳系之外的宇宙 适合人类生存的行星

2017-5-18 21:46| 发布者: 伤我心太深| 查看: 153| 评论: 0

  搜索太阳系外世界

  宇宙中似乎不应该缺少适于人类生存的地方。地球不过是太阳疆域中微不足道的一员。而太阳也不过是银河系数百亿颗恒星中普通的一颗。如果银河系十分之一的恒星中存在行星,又如果十分之一的行星类似地球,那么星河中就有10亿个适宜移民的新家园。然而,找到这些行星非常困难。地球的直径只有太阳的百分之一,体积是太阳的万分之一。寻找其他恒星周围的地球,就好像在遥远的地方观察灯塔光下的一只飞虫。


  最早用于寻找地外行星的方法是多普勒频移方法。所谓多普勒频移是说恒星发出光的频率会因为恒星相对观测者运动而发生改变。当一颗恒星向我们移动的时候,我们会看到恒星的光变得蓝一些;当它远离我们的时候,恒星的光会稍稍变红。如果一颗恒星和一颗行星组成一个双星系统,它们都会绕着共同的质量中心运动。远处的观测者观察恒星,就会发现它的颜色有周期性的改变。用这种方法,人们还可以估计行星的质量。行星的质量越大,恒星的多普勒频移就越明显。历史上便是利用多普勒频移法寻找到第一颗地外行星的。有趣的是这个地外行星并不是绕着一颗正常的恒星转动,它的主星是一颗死亡的恒星——一颗白矮星。


  多普勒探测方法。


  另一个广泛应用的地外行星搜寻办法被称作「掩星法」。让我们回到飞虫和灯塔的比喻。飞虫飞过灯塔,将会极其轻微地遮挡光线,远处的观察者如果能够记录这种轻微的亮度变化,就有可能探知飞虫的存在。



  Kepler卫星找到的宜居带系外行星。


  掩星法最初由一位神经外科医生弗兰克·罗森布拉特提出。美国的天文学家比尔·博鲁茨基(Bill Borucki)受到启发,将其改进为一种真正可以实践的观测方法。有意思的是,观测掩星的过程研究者还可以分析这些地外行星大气的成分。如果一颗地外行星的大气中有水分,当它移动到恒星前方的时候,它大气中的水分就可以吸收恒星在特定波段发出的光。通过分析恒星的光谱在掩食前后的变化,研究者就可以推断是否有水汽存在于行星大气中。但是掩食方法对测量精度的要求极高,人们必须利用大气层外的空间望远镜完成这项任务。


  2009年升空的Kepler卫星执行的就是这样艰巨的任务,它可以探测到地外恒星系中由于行星遮挡而造成的恒星光度万分之一的改变。Kepler卫星发射后指向天鹅座方向。它同时记录了17万颗恒星的光度变化,并从中选择出4000颗地外行星候选者供地面更大的望远镜跟踪验证。Kepler卫星完全革新了我们对于地外行星的认识。在Kepler卫星之前,人们找到的地外行星大多数是和木星质量相当甚至更大的行星。


  而Kepler发现了大量的小质量行星,使得与地球尺寸相差无几行星的数量增长了5倍,证明了地球在统计上并不是稀缺天体。


  Kepler卫星找到的不同大小太阳系外行星的数目(截止2015年7月23日)。


  2015年,NASA宣布发现了一颗「和地球最相似的行星(has theclosest match of planet characteristics to Earth)」,编号Kepler-425b。事实上这个编号Kepler-425b的地外行星比地球大60%,质量是地球的5倍左右,并不是已知行星中和地球最类似的。但是它所绕转的恒星和太阳质量类似,更重要的是,它存在于这颗「太阳」的适居带上——轨道在这样区域的行星,温度适宜,可能存在液态的水。事实上,这颗行星可能有着和地球一样的温度。在过去,研究者已经发现了数颗地外行星大气中确实存在水分的证据,但是这些地外行星质量至少和海王星相当。在NASA发布的这颗「最相似」地球的行星上是否存在水呢?这将是未来最有趣的研究课题。


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