测量的方法
1281字
2020-10-05 20:12
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火星译客

一门新的科学正在兴起

在过去的十年里,在太阳系之外发现的大量行星中,那些图-270星系的行星似乎并不特别。其中有三个,围绕着73光年外的一颗恒星旋转。这不是已知的最近的星系,也不是最像地球的系外行星。不过,它在天文学上引起了轰动。

今年早些时候,Transiting Exoplanet Survey Satellite TESS发现了TOI-270,这是一颗美国于2018年发射的仪器。(TOI是TESS的缩写,意为“兴趣对象”)它最深处的世界是一颗超级地球,一颗比地球稍大的岩石行星,每三天围绕其母恒星运转一次。在更远的地方,在大约6天和11天的轨道上,有一对更大的物体,被称为迷你海王星。在一个系统中有这两种类型行星的代表是一个有价值的发现。这将有助于天文学家更好地了解不同种类的行星是如何形成的。

TOI-270距离地球很近,这意味着它处于哈勃太空望远镜等仪器的观测范围内,这使得后续的详细研究成为可能。这将提高对行星大小的估计,更好地计算它们的质量——这些信息将显示它们的组成。因此,用麻省理工学院(MIT)天文学家马克西米利安•冈瑟(Maximilian Gunther)的话来说,TOI-270是一个“特殊的实验室”,它将有助于回答快速发展的系外行星学中一些最大的问题。这些问题包括:为什么行星会以这样的大小形成?太阳系如何适应更广阔的银河环境?还有,地球之外有生命吗?

诚然,冈瑟博士也参与其中。他是本周发表在《自然天文学》上的一项研究的主要作者,该研究描述了这个新的恒星系统。这本书的出版恰逢天文学家、化学家、生物学家、地质学家和其他一些人在马萨诸塞州剑桥举行聚集,讨论苔丝第一年运行的结果。

苔丝是一个开拓者。它发现附近的行星系统,以便其他仪器可以研究它们。它通过寻找由行星经过目标恒星时所产生的特有的光线倾斜来定位目标。到目前为止,它已经发现24行星的存在已被证实的其他手段,和1000可能等待检查。在四年的任务中,预计还会发现数千人,甚至上万人。

当天文学家将TESS和其他仪器发现的行星进行分类时,他们发现了行星的模式和谜题。比如,有很多“超级地球”和很多“迷你海王星”。但两者之间存在差距。很少有行星知道一个半倍和地球直径的两倍。

这种所谓的“富尔顿缺口”——以2017年注意到它的博士生本杰明·富尔顿的名字命名——可能有几种解释。可能,两极的行星是不同种类的物体。超级地球可能诞生于尘埃和岩石中,由于缺乏合适的生长材料而保持较小的体积,而迷你海王星,由普通材料如冰构成,可以长得大得多。另一种可能是,所有行星的形成方式都是一样的,都是像迷你海王星一样的岩石内核,周围环绕着由氢和氦构成的厚厚的大气层。然而,有些行星的大部分大气随后可能会被其母恒星的辐射吹走,这一过程被称为光蒸发。

在伦敦帝国理工学院的天体物理学家James Owen看来,TOI-270提供了一种检验光蒸发假说的方法。比较围绕不同恒星运行的行星是困难的,因为我们不可能知道这些行星过去从它们的恒星母体那里接收了多少高能辐射。但是在这方面,TOI-270中的三个天体都有相同的历史,所以欧文博士能够消除这种不确定性,并预测出现在外行星的最小质量应该是多少,如果光蒸发假说确实是正确的。他说,如果所有的TOI-270行星一开始都是迷你海王星,那么这两个最外层的行星现在应该分别至少有地球质量的1.8和1.3倍。计划的测量很快就会告诉他是否正确。

TESS将收录的大多数系统预计都是围绕被称为m -矮星的小红星运行的。加州大学伯克利分校的Courtney Dressing说,这些恒星周围的行星可能是生命发展的极好地方,因为m -矮星的寿命非常长,而且一旦成熟就很稳定。然而,它们只有在经历了剧烈的活动、定期的耀斑以及大量能量和带电粒子的释放之后才能达到成熟。

所有这些辐射对已经在附近行星上发展起来的任何生命都是有害的,但矛盾的是,可能会促使生命从一开始就出现。一些人认为,落在早期地球上的紫外线提供了制造复杂有机分子所需的能量,这些有机分子是生命的前身。成熟的m -矮星不会产生足够的紫外线来实现这一过程。但是青少年可能会。

回到麻省理工学院,冈瑟博士已经在被tse检查的m -矮星上发现了数百次耀斑,其中一些耀斑使这颗恒星暂时比正常亮度高出30倍。这些数据,以及从其他天文台测量,提供细节的耀斑可能影响外大气层,将允许冈瑟和色拉博士来测试他们的理论。

TESS还将提供一系列有趣的目标,比如TOI-270,供未来的任务研究。其中一颗名为CHEOPS(描述系外行星卫星)的卫星将于今年秋天由欧洲航天局发射升空,目的是尽可能多地测量超级地球和迷你海王星的精确大小。这些数据,再加上对天体质量的了解,将有助于更好地了解特定行星的构成。含气体的行星密度较低。“水世界”将会有更高的境界。更高的将是主要由硅酸盐构成的岩石世界的密度。其中最高的将属于那些主要由铁构成的行星。

CHEOPS之后,ESA的下一个行星猎手将是PLATO,一个更大的版本——如此大,确实,它将足够灵敏,可以寻找像地球本身一样,在类似太阳的明亮恒星周围长时间运行的类地天体。剑桥大学的奥利弗·肖特尔认为,利用柏拉图及其后继者的研究,天文学家有可能在三、四十年的时间里发现银河系中离地球最近的部分的所有行星。这样就可以回答这个价值6.4万美元的问题:天文环境对生命的发展有多有利?

有了这类广泛的样本,就有可能估算出银河系中有多少类地球的世界存在,以及这些世界中有多少距离它们的母恒星的距离可能允许在它们的表面形成液态水。与此同时,天文学家和地质学家将仔细研究那些在望远镜可用范围内发现的例子,以便了解它们的气候是如何工作的,寻找生命的化学特征,并观察天气和火山爆发等地质事件。“如果我们发现了这些外星伊登,”Shorttle博士说,“我们怎么能不停下来盯着看呢?”

这篇文章刊登在印刷版的科技版上,标题为“衡量方法”。

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