芝加哥大學團隊建造的MAROON-X儀器測量其第一顆行星目標
在過去的二十年裡,科學家們已經發現了越來越多圍繞遙遠恆星運行的行星,但從某種意義上說,它們仍然只是地圖上的點而已。芝加哥大學天體物理學家Jacob Bean說:”這有點像看歐洲地圖,看到標有’巴黎’的那個點。你知道它在哪裡,但是你卻不知道關於這個城市的很多東西。”
科學家們正在開發新的望遠鏡和儀器來填補越來越多的未知。Bean領導創建了一個名為MAROON-X的儀器,它去年被安裝在夏威夷的雙子座望遠鏡上。它使科學家們不僅確認了有一顆凌日系外行星的第三顆最近的恆星的存在,而且對該行星進行了極其精確的測量,發現它像地球一樣是岩石構成的。
這顆新的行星被稱為Gliese 486 b,位於距離地球僅20多光年的室女座方向,也是由岩石構成的–儘管它比我們的家更熱、且大三倍。
Gliese 486b行星環繞著一顆紅矮星,比我們的太陽小一點。然而,它離這顆恆星如此之近,以至於這顆行星的表面可能約為800華氏度(425攝氏度)–專家認為不可能適合居住
幾個世紀以來,天文學家沒有足夠強大的望遠鏡來發現系外行星,因為在恆星的刺眼光芒下它們很難被看到。
MAROON-X被設計成與其他系外行星獵取儀器合作,當一顆繞行的行星拉著它在共同的質心周圍同步運轉時,MAROON-X可以捕捉到恆星光譜的微小變化。利用這些信息,科學家可以計算出這顆看不見的行星的質量。然後,他們可以將這些計算結果與美國宇航局TESS航天器的讀數(該航天器測量行星的大小)結合起來,找出該行星是像地球一樣密集的岩石,還是像木星一樣是氣態的。
TESS已經記錄了Gliese 486號恆星附近可能存在的一顆行星,MAROON-X團隊將其確定為第一次觀測運行的良好候選者。
但是Gl 486 b的近距離和清晰度使它成為一個完美的候選者,幫助科學家了解更多關於其他行星的成分和大氣層。
“僅僅通過觀察我們自己太陽系中的行星,我們就可以看到巨大的多樣性,”Bean說。”例如,金星和火星都是岩質行星,但金星有厚厚的二氧化碳大氣層,使它保持極熱,而火星則失去了大氣層,是寒冷和乾燥的。這告訴我們要懷疑,那裡有很多非常不同的大氣層。現在,我們無法預測它們。這顆行星將是了解岩質系外行星大氣層的關鍵。”
Bean的團隊希望Gl 486 b能夠成為美國宇航局新的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測的第一批行星之一,該望遠鏡是哈勃望遠鏡的繼任者,將於2021年底發射。相比之下,韋伯的鏡片大得多,將使它能夠探測到紅外線範圍內的光線,這對系外行星的研究特別有用。
“韋伯將是如此強大,在觀察這顆行星的幾個小時內,我們就能知道它是否有大氣層。”Bean說,他在2019年提出了一種方法,利用韋伯望遠鏡的能力來檢測系外行星的大氣層,比以前的方法更容易。
與此同時,該團隊將繼續提高2019年底安裝的MAROON-X的性能。儘管雙子座天文台由於COVID-19大流行病而暫時關閉,但它能夠在2020年恢復採集數據,持續了好一段時間–Bean和他的科學家同伴能夠在芝加哥分析這些數據。
MAROON-X團隊成員和雙子座天文台工作人員
“可喜的是,整個操作已經被設計為遠程運行,因為望遠鏡所在的條件很極端:海拔14000英尺的茂納克亞山頂,呼吸都很困難,更不用說操作複雜的設備。