美国宇航局NASA正聚焦系外行星以观察其大气情况

ARIEL “瞪羚号 ”系外行星探测器是首个完全专注于系外行星大气的航天器。NASA期望借助重要仪器以收集珍贵数据。

       

     

由Mike Brown拍摄于2019年11月11日，记录了星球背后的景象。

美国宇航局NASA正在仔细研究太阳系外的行星。该研究最初将重点放在炽热的行星（hot planets）上，目的是了解构成其大气层的原因。

“我们获得的有关系外行星的信息越多，我们越能理解太阳系的起源，这也能方便我们对于别处类地行星的搜索。”美国宇航局华盛顿科学任务局副局长托马斯·祖布琛（Thomas Zurbuchen）在一次讲话中谈道。

       

     

这个机构将要提供一个仪器给欧洲航天局的系外行星大气遥感红外大型巡天（ARIEL）任务。该仪器被称作“有助于ARIEL的系外行星光谱学”，简称CASE（the Contribution to ARIEL Spectroscopy of Exoplanets）。该仪器计划在2028年共同发射。

该研究可以帮助科学家更多地了解系外行星绕太阳系外的恒星运行的信息。该机构的系外行星档案罗列了由系外行星凌星巡天卫星（TESS）等系统发现的4093颗已确认的行星，该系统还曾确认其他1361颗潜在的候选行星。总体来说，NASA还有更多4690个可能被判定为系外行星的发现。

       

     

一部分上述行星甚至在理论上可能存在生命。这种行星存在于古迪洛克带（Goldilocks zone）内——“古迪洛克带”是指它们处在离他们的恒星正好合适的距离，在这个距离下，它们可以储存液态水，从而存在容纳外星生物的可能性。不巧的是，六月的研究表明，由于大气层中有毒气体的存在，这一宜居区域的范围对复杂的有机体来说可能要狭小得多。

借助新的CASE设备，研究人员就可以更好地了解这些系外行星周围的大气了。

       

     

一幅描绘气态巨行星围绕恒星HD100546形成的印象画

NASA的系外行星工具：它是如何揭开地外世界的面纱的？

像TESS这样的装置已通过观察恒星发现了一些行星。这些系统衡量恒星光线的变化，从而判断是否有行星正在围绕该恒星运行。CASE则更进一步，考察那些行星以了解是什么使他们像时钟一般滴答运转。

CASE将会观察来自恒星的光线，并在行星经过自己和恒星之间时监测光线的变化。同时，当行星运行到恒星的另一侧，即恒星处在行星和CASE系统之间时，它也会观测由行星反射的光。这将提供给研究人员一种关于行星大气层的组成和温度的构想。

尽管望远镜可以为这一挑战提供帮助，它们的作用依然是有限的。这是因为他们需要专注于众多的项目，不可能将所有时间花费在系外行星上。CASE则是第一个全职投身于研究系外行星的装置。成为“第一个”意味着获取更多的数据，这将有助于科学家们识别趋势并进一步调整研究方法。

       

     

该项目将主要研究温度高于600华氏度（315.6摄氏度）的行星——它们可能具有更短的轨道周期，因而可以提供更多观察过境的机会。该项目利用了两个探测器，它们既可以收集光谱上的近红外部分，也可以获取可见光部分。CASE将会与ARIEL上的红外光谱仪配对，以便处理其他波长。

       

     

这一对仪器将会穿梭到距离地球一百万英里之外的拉格朗日点2（图示L2处）。这一点与NASA将于2021年发射的韦伯空间望远镜相同，应当能在太空中提供一个稳定的位置。韦伯空间望远镜将会通过详细研究行星的一部分来补充ARIEL的工作。

       

     

图示L2点是韦伯空间望远镜将处在的位置。

通过来自ARIEL的额外资料，研究人员将更进一步地了解我们太阳系之外的行星。

“当我们着眼于下一代空间望远镜和仪器时，系外行星科学激动人心的时刻便来临了。”位于华盛顿的美国宇航局总部天体物理学处处长保罗·赫兹在一次讲话中表示。

作者: Mike Brown