突破性方式观测遥远行星博科园

博科园-科学科普跟我一起学天文02:20来自博科园科学家找到了一种突破性的方式来观测遥远行星。通过将目光聚焦大气层内的分子，他们得以获取独一无二的遥远系外行星影像。系外行星艺术概念图无云的夜晚，漫天星辰璀璨，呈现出令人神往的景象。无数恒星在地球上空闪烁着乳白色的光芒，如同一个闪闪发光的棉被。但对那些试图观测遥远行星的天文学家来说，璀璨的星光也是一个恼人的所在。加州大学圣克鲁兹分校的天文学家亨利特·施瓦兹表示恒星的亮度极高，即便是世界上最为先进的太空望远镜，也很难对恒星周围的微小行星进行观测。施瓦兹一直对系外行星进行研究。他说：“恒星的亮度可达到环绕其运行的行星的数百万倍，甚至数十亿倍。它们放射出的耀眼光芒完全淹没行星的暗淡光线。”即使最年轻的行星，亮度也只有母星的几百万分之一。由于形成过程中的热量，年轻行星仍放射出明亮的光线。气态巨行星艺术概念图自上世纪90年代发现太阳系外的第一颗行星以来，天文学家已经在银河系发现数千颗系外行星，包括质量与木星相当的气态巨行星和质量10倍于地球的多岩行星。科学家主要通过间接方式发现它们的存在。具体地说，就是利用望远镜观测系外行星对母星的影响，例如在母星前方穿过时导致母星亮度变暗，或者自身引力拖拽导致母星轻微摇晃。迄今为止，只有小部分系外行星通过直接观测法发现。智利的甚大望远镜天文学家一直在探索新的系外行星观测手段。最近，施瓦兹和同事便采用一种非常聪明的方法观测系外行星，那就是让恒星“消失”。施瓦兹所在的研究小组由瑞士伯尔尼大学的天文学家詹斯·霍马克斯带队。他们收集了智利甚大望远镜拍摄的大量绘架座β照片。绘架座β也被称之为“老人增四”，距地球大约63光年。一颗质量达到木星数倍的行星环绕绘架座β运行，被称之为“绘架座βb”。绘架座βb艺术概念图甚大望远镜捕获绘架座β系统发出的光线。借助光谱学技术，天文学家将光线分割成不同波长，也就是光谱，方式与三棱镜制造彩虹相同。这个过程能够揭示光源的所有特征，包括它的化学构成。研究小组将档案照片与已知4种分子的信号进行对比，即一氧化碳、水、甲烷和氨。如果结果匹配，说明这个恒星系统存在给定分子。在天文学家搜寻甲烷和氨时，绘架座βb并不可见，说明它的大气层中并不存在这些分子。但当他们搜寻水或者一氧化碳时，这颗行星摘掉了面纱。比邻星b，地球近邻就这样，天文学家利用大气层中漂流的分子，而不是光线，获得一颗系外行星的直接影像。霍马克斯说：“在我浏览这些图像时，这颗行星突然冒出来。”在对系外行星数据进行分析时，这种情况非常罕见。他说：“你能获得的所有信号都非常微弱，不得不付出很大努力才能从数据中发现它们的踪迹。如果有所发现，说明你的运气很好。在我们的图像中，绘架座β完全透明。”在所有4种想定中，绘架座β都没有展露出存在4种分子的证据，意味着它仍不可见。莱顿天文台的天文学家马修·肯沃斯表示：“这颗恒星完全消失，真的是太不可思议了。”肯沃斯并没有参与此项研究。研究人员用一个星形标记，标注绘架座β的位置。旁边的球便是绘架座βb，透过一氧化碳观察时呈红色，透过水观察时则呈蓝色年夏季，《天文学天体物理学》杂志刊登了绘架座β的“分子地图”。除了获取优质图像，这项技术还揭示了绘架座βb的诸多特征。所有4种分子的“缺席”说明绘架座β的温度极高，让它们的存在成为一种不可能。采用同样的观测方式，研究小组发现绘架座βb的温度太高，无法支持甲烷和氨的存在，但允许存在一氧化碳和水。根据这些信息，天文学家估计绘架座βb的温度在摄氏度左右。粉红星GJb这种观测法只适用一种情况，即行星和母星的化学构成存在差异。某些恒星较为暗淡，存在一些与行星大气层相同的分子。此外，这项技术只能用来揭示系外行星的特征，而不能用于发现新的系外行星。想象一下，逐个像素分析望远镜拍摄的恒星系统照片，搜寻可能预示着行星存在的分子线索。如此一来，天文学家无需借助更多技术，便可对系外行星进行观测。迄今为止，他们已经发现了多颗潜在的系外行星，大约有一半得到证实，包括30颗体积与地球相当并且处在母星适居区的行星。现在，天文学家需要借助强大的望远镜和巧妙的分析方法来冲淡星光，依此揭示某些系外行星的特征。也许在将来的某一天，我们能够在相关技术的帮助下确定系外行星的大气层、海洋和地表存在哪些物质。博科园-科学科普｜文：玛丽娜·科伦/漫步宇宙/qqtaikong博科园-传递宇宙科学之美

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