哈勃首次进行类地系外行星的大气分析

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-09-01 01:33:47 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃官网 | 浏览:2063次 ]

原文标题:NASA's Hubble Telescope Makes First Atmospheric Study of Earth-Sized Exoplanets

原文作者:Julien de Wit,Nikole Lewis;Felicia Chou,Hannah Wakeford;Donna Weaver,Ray Villard

来自:哈勃官网; 发表时间:2016.7.20

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.7.20:一个世纪以来,异星世界存在生命的可能性,点燃了人们的无穷想象。在过去的20年间,围绕其他恒星的系外行星的爆发性发现,激发了对可能支持生命的类地系外行星的广泛研究。虽然大部分的系外行星,由美国宇航局(NASA)的开普勒(Kepler)望远镜等发现;但NASA和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜,也对系外行星搜寻做出了独特贡献。例如借助哈勃,天文学家首次分析了岩质行星的大气。

两颗行星同时凌星的示意图。大图:3.4MB,版权:NASA、ESA,研究者团队;下同。

借助哈勃太空望远镜,天文学家首次进行了太阳系外温暖类地行星的大气研究,发现的线索增加了2颗行星的宜居可能性。

这2颗行星,是离我们约40光年的TRAPPIST-1b 、TRAPPIST-1c,其大气与常见的以氢为主的蓬松气态世界不同。

团队成员、马里兰州巴尔的摩市美国太空望远镜科研所(STScI)的尼克尔·路易斯(Nikelo Lewis)介绍说:“缺乏窒息性的氢氦(H-He)大气外壳,增加了这些系外行星的宜居可能性。假如它们有丰富的氢氦信号,这些稠密气层就像温室一样,使得任何生命的可能性都丧失了。”

马萨诸塞州坎布里奇市麻省理工学院的朱利安·得·维特(Julien de Wit)领导的一个科学家团队,使用哈勃的第三代广域相机(WFC3),在近红外波段观测系外行星。他们使用光谱分析解码大气的化学组成。虽然大气整体组分尚不明确,但低浓度的H-He含量使得科学家感动兴奋,并期待进一步的观测。

两颗行星的轨道与太阳系的对比,右边虚线表示的是水星轨道。大图:940KB

美国华盛顿特区总部,NASA科学任务委员会代理副主任杰夫·尤德(Geoff Yoder,该职位此前是宇航员格伦菲尔德的,估计退休了,译注)接着感慨:“在更多了解我们邻近世界的道路上,哈勃的原始观测迈出了正确的第一步。不论它们是否是岩石表面的,也不管它们能否支持生命,这都是NASA和系外行星研究者的激动一刻。”

这两个行星的母恒星是一颗红矮星,位于宝瓶座,至少有5亿岁了。2015年末,它们被欧洲南方天文台(ESO)位于智利拉西亚天文台的凌星行星和星子小型望远镜(TRAPPIST)系统,通过一系列的观测发现。该系统由比利时出资,是一台自动机器人望远镜。

TRAPPIST-1b绕红矮星公转时间仅为1.5天,而 -1c 为2.4天。与太阳和地球的距离相比,这两颗行星分别近了100、20倍(比水星轨 道还近得多)。但因为其母恒星远远暗于太阳,研究者认为,至少有一颗行星,说不定两颗都是,位于该恒星的宜居带中,那里适中的温度能够让水以液态存在。

2016.5.4,天文学家利用一次罕见的同时凌星机会,即两颗行星在数分钟内同时通过母恒星前方,测量它们是否存在大气。这种双凌星机会,每2年才发生一次(相对于2.4、1.5天的公转周期而言,确实很少,关键在于重叠要发生在面对地球方向,译注)。

研报插图,哈勃WFC3记录的两颗行星同时凌星时恒星光度变化图,注意纵轴的单位大小。

研究者希望使用哈勃望远镜进行后续观测以研究行星内层大气,分析其中比H-He重的大气组分,看看是否与金星、地球有相似之处。

研究报告第二作者、马里兰州格林贝尔市NASA戈达德太空飞行中心的Hannah Wakeford补充道:“有了更多的数据,我们也许能发现甲烷或水的踪迹,并由此估算大气的厚度。”

随着未来新望远镜的投入使用,包括将发射的詹姆斯·韦伯空间望红外远镜(JWST),有望确定那些行星大气的完整组分,并搜寻潜在的生命活动信息,比如甲烷CH4、臭氧O3、水H2O、二氧化碳CO2等。

这对行星,是搜寻凌星宜居带行星——超级c001恒星巡天项目(SPECUL00S)发现的第一批类地行星。该项目计划在1000余颗红矮星近旁,寻找类地行星。迄今为止,该项目才分析了15个此类红矮星的数据。

哈勃WFC3记录的两颗行星实际光谱(黑点)与理论模型的对比。σ值越大,可信度越高。黑点上下的延伸线代表1σ误差。橙红线是富含氢、无云大气下的光谱模拟,而蓝线是富含水、无云的模拟。显然大气光谱与富含氢的明显不同,与富含水的比较接近。光谱波段在近红外的1.1-1.7微米波段。

得·维特总结道:“这些类地行星,是首批天文学家借助当前和拟议中的望远镜,能够研究其是否适合生命的。哈勃有能力扮演关键的大气预筛选角色,告诉天文学家哪些类地行星值得JWST详细观测。”

团队研究报告将刊登在2016.7.20出版的《自然》期刊上。

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