欢乐生肖计划下载环球科学》寻找新地球:探测太阳系外大气

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  食人蜥蜴开普勒空间望远镜从309年起,就经常 在超过3000颗的近距恒星,观测当一颗从宿主恒星和地球之间经过时因为的恒星亮度下降。许多太阳系外的凌星什么的问题通常会使得一颗恒星的亮度下降万分之一。

  从经验富有的物理学家,到初出茅庐的科学记者,当时在场的每另有另一被委托人都不 会忘记1996年1月的那场新闻发布会。这场发布会是在美国天文医学会 冬季会议上的召开的,美国州立大学的天文学家杰弗里?W?马西(Geoffrey W. Marcy)在发布会上回应,他和他的搭档、当时任职于美国加利福尼亚大学伯克利分校的R?保罗?巴特勒(R. Paul Butler)发现了围绕类太阳恒星转动的第二和第三颗。而在此的几块月前,大学的米切尔?梅厄(Michel Mayor)和迪迪埃?奎罗兹(Didier Queloz)曾回应,他发现了第一颗什么都有的——飞马51b(51 Pegasi b)。不过,刚发现飞马51b时,科学家还认为这是我不好什么都有偶然发现,肯能甚至肯能是个错误。在发布会上,马西肯也都可不上能 确信地说,这既都不 偶然也都不 错误,他告诉观众,“根本就不罕见”。

  许多发现了天文学界。前一天,肯能科学家自认为寻找太阳系外过于困难,而且几乎越来越人搜寻它们。而现在,仅对几颗恒星进行搜索前一天,天文学家就发现了三颗,这表明还有数十亿颗有待发现。

  肯能巴特勒和马西仅仅是处理了另有另一一另一个有关形成理论的什么的问题,越来越亲戚亲戚你们歌词 的发现不要引起越来越大的轰动。事实上,亲戚亲戚你们歌词 的发现不仅证明太阳系外我我确实处于,而且在哪些的发现还肯能回答另有另一一另一个古希腊以来就经常 困扰着哲学家、科学家乃至家的什么的问题:亲戚亲戚你们歌词 在中否有孤独?

  在最初的欢庆前一天,科学家决定弄清楚,何如也能查明在哪些围绕许多恒星转动的上,到底有越来越哪怕是最原始的生命形式。肯能至今科学家还越来越像电影《超时光接触》(Contact)中的朱迪?福斯特(Jodie Foster)那样,截获外星人发来的讯息,而且什么都有实现许多目标,就越来越在太阳系外的大气中寻找生命迹象,也什么都有高活性处于的。同类氧气,除非有并都不 可进行新陈代谢的生物体不断补充,而且氧气放慢就会消失。

  马西、梅厄和同事当年观测到的,仅仅是对宿主恒星的引力作用;要探测生命迹象,你都要直接对大气进行直接观测。为此,美国航空航天局计划,发射一系列更为强大的空间望远镜,而许多计划的每段,则是在轨空间望远镜“类地搜索仪”(Terrestrial Planet Finder Interferometer)的发射,它将耗资数十亿美元,预计发射时间为21世纪20年代。总之,天文学家当时认为,对太阳系外大气的了解,绝都不 一时半会儿就也能做到的。

  但亲戚亲戚你们歌词 错了。最初几颗太阳系外的发现,激励了整整一代的年轻科学家投身许多领域,让许多领域成为了物理学中最热门的研究方向。一起,许多资深天文学家也转向了太阳系外的研究。众多优秀科学家的加入,为探测太阳系外的带来了全新的想法,也使许多领域飞快了 了 发展。到301年,天文学家已在一颗太阳系外的大气中发现了钠。此后,又陆续发现了甲烷、固体、一氧化碳以及水。通过研究太阳系外的大气,天文学家甚至还发现有间接的表明,许多肯能每段是由钻石所组成的。“到目前为止,肯能算上还越来越发表的结果,亲戚亲戚你们歌词 肯能对30~30颗的大气有了一定的了解,”参与了许多开创性观测的、美国理工学院的物理学家希瑟?克努森(Heather Knutson)说。

  但哪些发现还远过低以证明地外生命的处于——这并不奇怪,肯能克努森所谈论的绝大多数都不 温度很高的类木,它们到各人宿主恒星的距离,比水星到太阳的距离都要近。不过,克努森及许多天文学家肯能开始英语 英语 探测更多较小的太阳系外的大气。哪些被称为“超级地球”,质量介于2~10个地球质量之间——即使在10年前,都越来越人会想过,会发现什么都有的。2013年4月,开普勒空间望远镜回应发现了两颗大小过低地球2倍的,它们的温度都允许生命处于,许多发现暗示,生命宜居的我我确实一定量处于。而且,我确实这两颗(被称为开普勒62e和62f)距离过于遥远而无法仔细研究,但天文学家还是相信,用不了多久,亲戚亲戚你们歌词 就能在类地的大气中寻找生命迹象。

  天文学家曾一度认为,要花几十年的时间也能开始英语 英语 观测太阳系外的大气,肯能第一批太阳系外都不 间接发现的——天文学家观测到了它们对宿主恒星的影响。哪些并都不 是无法看见的,但肯能恒星和绕着一起的引力中心运动,的引力会使得恒星来回运动。当恒星朝亲戚亲戚你们歌词 运动时,它所发出的光会向可见光谱的蓝端处于微小的偏移;当它远离亲戚亲戚你们歌词 时,它所发出的光则会向红端移动。偏移的程度也能告诉天文学家这颗恒星的视向波特率,即它朝向肯能远离地球运动的波特率有多快;反过来,这也能不知道们,太阳系外的质量有多大。

  然而,寻找太阳系外的最好的最好的最好的办法并不止这并都不 。肯能从地球上看,一颗不可见的轨道正好是侧向对着亲戚亲戚你们歌词 的,那它就会从宿主恒星的前面直接经过,许多什么的问题被称为凌星。不过,在第一批太阳系外被发现前的近20年,几乎根本越来越物理学家考虑过凌星什么的问题,因为很简单,当时搜索太阳系外并都不 仍处于研究领域的边缘。[另有另一一另一个值得注意的例外是,美国航空航天局艾姆斯研究中心的威廉?J?博拉基(William J. Borucki),他是开普勒计划的首席研究员,而正是开普勒空间望远镜,最终发现了数千个凌星。]

  时间来到1999年。当时在美国国家大气研究中心的蒂莫西?W?布朗(Timothy W. Brown)和当时在哈佛大学读研究生的戴维?夏博诺(David Charbonneau)在科罗拉多州博尔德市的另有另一一另一个停车场里,架设了一台微型的、天文爱好者级别的望远镜,第一次观测到了太阳系外的凌星什么的问题。这颗被称为HD209458b,早先由视向波特率最好的最好的最好的办法发现。几周前一天,和马西一起,美国立大学的格雷戈里?W?亨利(Gregory W. Henry)也想看 了同一颗的凌星什么的问题。肯能一起发表了探测结果,而且这另有另一一另一个团队分享了发现权。

  成功观测到凌星什么的问题不仅给天文学家提供了寻找太阳系外的第二条途径,还赋予了亲戚亲戚你们歌词 测量密度的并都不 手段。视向波特率法也能测量HD209458b的质量。而在凌星什么的问题中,肯能恒星光线被遮挡的几块正比于的大小,而且天文学家们就能知道的物理体积。[用质量除以体积显示,我确实HD209458b的质量越来越木星的71%,但它的密度却要比木星大38%。美国普林斯顿大学的物理学家亚当?巴罗斯(Adam Burrows)把许多意料之外的结果称为“另有另一一另一个有待解释的什么的问题”。]

  到许多前一天,一大批物理学家意识到,利用凌星什么的问题,是我不好也能研究太阳系外的大气,克努森把许多最好的最好的最好的办法称为“非常聪明的最好的最好的最好的办法”。但事实上,在科学家首次观测到凌星什么的问题前一天,美国麻省理工学院的物理学家、当时与夏博诺一起在哈佛大学读研究生的莎拉?希格(Sara Seager)就与导师迪米塔尔?D?萨塞洛夫(Dimitar D. Sasselov)发表了一篇论文,预言了当一颗正面经过宿主恒星,恒星光线穿过大气时,另有另一一另一个观测者会想看 哪些样的状况(参见《环球科学》2010年第9期《太阳系外的超级地球》)。物理学家早已知晓,不同的原子和会吸收不同波长的光(许多波长什么都有并都不 的型态波长)。肯能不要要搜寻并都不 ,就也能用它的型态波长来观测。肯能假若包含许多的任何大气,后会吸收许多波长的光线,而且大气会变得不透明,使得看上去更大。

  希格和萨塞洛夫提出,钠有点易于探测。“钠就像臭鼬的臭味,”夏博诺说,“假若有许多,你就能发现它。”他比任何人都清楚许多点:301年,夏博诺、布朗及其同事再次观测了凌星HD209458b,这次亲戚亲戚你们歌词 用的不再是爱好者用的小型望远镜,什么都有哈勃望远镜。正如预言的那样,亲戚亲戚你们歌词 很轻易地就探测到了钠的信号。

  天文学家们意识到,还处于并都不 补充性的最好的最好的最好的办法来探测凌星的大气。当一颗从宿主恒星前方经过时,观测者想看 的是它处于夜里的一侧。在许多前一天,它所呈现出的则共只是每段的向阳侧。而在它即将要转动到恒星后方时,其向阳侧则会朝向地球。尽管这颗宿主恒星要比它亮得多,但自身也会发光,且绝大每段集中在红外波段。

  然而,当运动到恒星上面时,它所发出的光会经常 消失;它对该系统总辐射的贡献也会终止。肯能物理学家做另有另一一另一个前后比较话语,亲戚亲戚你们歌词 就能推测出这颗并都不 会是哪些样子(见插图)。“许多最好的最好的最好的办法从根本上改变了亲戚亲戚你们歌词 面对的什么的问题,”克努森说,“现在,亲戚亲戚你们歌词 要做的都不 在另有另一一另一个非常明亮的东西互近,去探测另有另一一另一个极为暗弱的东西,而什么都有监测信号随时间的变化状况。”早在301年,当时在美国航空航天局戈达德航天中心的L?德雷克?戴明(L Drake Deming)把夏威夷莫纳克亚山上的红外望远镜对准了HD 209458b,旨在目睹许多所谓的次食(secondary eclipse),而且我不好并越来越观测到许多什么的问题。

  不过,和夏博诺一样,戴明也知道,计划于303年发射的斯皮策空间望远镜几乎也能肯定能想看 次食。这两位彼此互不相识的物理学家为此都申请了“斯皮策”的观测时间。亲戚亲戚你们歌词 都获得了一定的观测时间,并取得了数据。戴明回忆说,在那前一天,共要在305年初的一天,他收到了语音留言:“德雷克,我是哈佛大学的戴维?夏博诺。我听说你最近做了许多有意思的观测。是我不好亲戚亲戚你们歌词 该聊一聊。”

  结果,戴明(与希格公司媒体合作 )和夏博诺使用同一架望远镜,几乎一起第一次观测到了次食。另有另一一另一个团队一起回应了亲戚亲戚你们歌词 对两颗不同恒星的观测结果——戴明团队的观测是已被广泛研究的HD209458b,夏博诺团队观测的则是TrES-1。一年后,戴明的团队还观测到了太阳系外HD189733b的次食。“这了用‘斯皮策’来观测次食的浪潮……”希格和戴明在2010年的一篇综述论文中写道,“准确地说,越来越人预料到,作为探测太阳系外大气的工具,‘斯皮策’有越来越强的能力和越来越惊人的影响力。”实际上,希格说:“亲戚亲戚你们歌词 现在使用‘哈勃’和‘斯皮策’的最好的最好的最好的办法,以及它们的观测精度,是当初建造这两台望远镜时所越来越的想到的。”

  希格说,哪些研究向亲戚亲戚你们歌词 证明了许多东西。“在并都不 程度上,这听起来平淡无奇,但亲戚亲戚你们歌词 发现类木星的温度我我确实很高。亲戚亲戚你们歌词 测量了哪些的亮度和温度”,而科学家观测到的结果与亲戚亲戚你们歌词 预期的、恒星对加热的效果是相符的。她继续说,“亲戚亲戚你们歌词 还探测到了许多。越来越,现在亲戚亲戚你们歌词 所发现的否有与亲戚亲戚你们歌词 所预期的大相径庭呢?肯定都不 什么都有。”现在,物理学家也能在一定温度下,利用许多元素,直接构建固体球模型,而且分析最终会形成哪些。“物理跟生学规律是普适的,”希格说。

  然而,西格和许多物理学家也知道,尽管太阳系外的大气总体上相近,但每一颗在多个方面上都不 所不同。其中许多便是,温度是何如随着深度图变化的。许多,同类太阳系中的木星和土星,温度具有逆增性,即随着深度图的增加温度不降反升。另许多则不处于许多什么的问题。“什么的问题是,”克努森说,“亲戚亲戚你们歌词 并不知道是哪些因为造成了温度逆增什么的问题,而且亲戚亲戚你们歌词 也无法预言,哪些太阳系外会肯能不要具有什么都有的型态。”许多物理学家认为,具有逆温性的太阳系外肯能包含许多吸热的,同类氧化钛,但到目前为止这还仅仅是另有另一一另一个。

  科学家面临的什么都有什么的问题是,许多的大气组成否有和许多所有不同。现任职于美国耶鲁大学的尼库?麦杜苏德汉(Nikku Madhusudhan)分析了太阳系外WASP-12b的可见光和红外信号,推测出许多的大气的含碳量异常高,与氧元素相当。

  从理论上推测,肯能在同一系统中,许多更小的上的碳氧比超过0.8话语(考虑到都形成于同另有另一一另一个固体和尘埃盘中,这是很有肯能的),越来越哪些就会形成由碳化物——包含碳的矿物——构成的“岩石”,而都不 亲戚亲戚你们歌词 太阳系中包含硅的硅酸盐岩石。肯能许多什么的问题我我确实处于,越来越WASP-12系统中一颗地球大小的是我不好就会由钻石构成。

  希格和被委托人所撰写的论文提出,目前无法排除许多主什么都有由碳甚至是铁所构成的肯能。然而,对于WASP-12而言,事情或许并不越来越。克努森说,马普天文研究所的伊恩?克罗斯菲尔德(Ian Crossfield)最近发现,来自WASP-12的光线中,还混杂另有另一一另一个更为暗弱的双星系统的光线,这对于解释WASP-12系统中的组成,留下了许多什么的问题。

  到目前为止,天文观测都集中在太阳系外GJ 1214b上,这颗围绕着一颗红色的M型矮星转动,距离地球约40光年。越来越近的距离使得GJ1214b相对易于研究,而且它的直径仅为地球的2.7倍,比起最先发现的太阳系外热类木星,也更加接近地球。“它是每被委托人都钟爱的‘超级地球’,”美国大学的研究生劳拉?克莱德伯格(Laura Kreidberg)说,他目前正在分析另有另一一另一个观测项目所获得的数据。

  GJ1214b于309年由“M地球”计划发现,该计划由夏博诺牵头,旨在搜寻M型矮星互近的。夏博诺的想法是,比起更大的恒星而言,在哪些相对较小,而且比较暗弱的恒星互近寻找较小的凌星会更加容易。首先,对于什么都有的恒星,地球大小的所遮挡更多的恒星星,也会对恒星更大的引力,让科学家更容易测定的质量,进而挑选的密度。其次,肯能恒星较小,温度较低,其宜居带会比高温的类太阳恒星更靠近自身,使得凌星什么的问题会更肯能被观测到(肯能轨道与恒星较近话语,不都要严格地侧向面对观测者,也能产生凌星什么的问题)。最后,中M型矮星的数量要远远大于类太阳恒星——共要有230颗M型矮星与地球的距离在30光年之内,而在许多距离内,后者仅有20颗。

  GJ1214b还称不上是第另一个地球:它的直径是地球的2.7倍,质量是地球的6.5倍,这使得它的平均密度介于地球和海王星之间。不过,如夏博诺和被委托人在发现GJ1214b后不久便意识到的,许多密度也能是多种不同的解释。同类,这颗也能是由另有另一一另一个较小的岩质核心,外加另有另一一另一个巨大的绝大每段是氢的大气层所构成;它也也能另有另一一另一个较大核心,核心外周是较深的液态海洋,再外加一层包含水份的稀薄大气。仅仅根据密度,科学家无法判别哪种肯能性最大——尽管拥有海洋的肯能性会更令人兴奋,肯能液态水是亲戚亲戚你们歌词 所知的生命处于的必要条件(但并都不 充分条件)。

  然而,当大学的天文学家雅各布?比恩(Jacob Bean)在不同波长上观测GJ1214b,希望能想看 这颗可视大小的变化(表征其大气的深度图)时,他没想看 任何变化。这因为并都不 肯能性:要么这颗肯能具另有另一一另一个巨大的氢大气层,但其中充满着的云和霾使之难以探测;要么它另有另一一另一个薄而多水的大气层,它薄到无法被地面上的望远镜看见。2012年开始英语 英语 和比恩公司媒体合作 的克莱德伯格说,同同类从远处看一道山脉。“那里是我不好有许多个山峰,”她解释说,“但肯能你距离太远话语,山脉看起来就会像一根绳子 平整的线。”

  为了处理许多什么的问题,比恩及其同事申请到了哈勃空间望远镜30个轨道的观测时间(也什么都有围绕地球运转30周的时间);亲戚亲戚你们歌词 的观测肯能开始英语 英语 。这并都不 天文学家第一次用“哈勃”来观测GJ1214b,却是迄今最深入的观测计划。比恩的这次观测,会使用309年5月“哈勃”升级维修时新安装的大视场机3(Wide Field Camera 3)来进行观测。运气好话语,许多观测将最终会弄清楚,GJ 1214b否有另有另一一另一个水世界。

  肯能对太阳系外的搜寻肯能持续了一定的时间,天文学家已开始英语 英语 寻找哪些有着较长轨道周期的。哪些远离它们的宿主恒星,而且会比早先发现的热类木星的温度低。“长久以来,亲戚亲戚你们歌词 都经常 局限在温度为30开、30开的,它们的温度我我确实太高了,”美国理工学院的克努森说。在哪些上,“大气中的绝大多数碳会和氧结合,形成一氧化碳,”她说,“真正有意思的事情经常 出現在当温度降低到30开以下时,碳和氧会形成甲烷。”

  尽管处于着不挑选性(肯能纯粹的地质活动也能产生甲烷),但作为生物活动的信号,甲烷尤其吸引人。氧,尤其是臭氧——由另有另一一另一个氧原子组成的高活性,更肯能是生命处于的信号。但肯能臭氧的光谱信号很微妙,有点在相对较小的类地大气中更是越来越,而且臭氧也极难探测。

  不过,对于温度适中的超级地球,天文学家则在密切关注哪些上的各种活动迹象。“所有许多切仅仅是另有另一一另一个,”希格说,“我的意思是,研究超级地球我我确实很有意思,但对于像我什么都有的人来说,同类只不过是一块垫脚石,亲戚亲戚你们歌词 最终的研究对象,肯能是真正的‘地球’大气层。”

  不过,在詹姆斯?韦布空间望远镜以及新一代巨型地面望远镜(包括巨麦哲伦望远镜和三十米望远镜)投入使用前,肯能还越来越找到许多“地球”。即便有了哪些强大的设备,希格说,也共要成千上万个观测小时,才肯能找到许多“地球”。就算到那个前一天也并不要清楚,到底也能探测到生命迹象。为此,天文学家肯能仍然都要“类地搜索者”(Terrestrial Planet Finder),但许多项目的经费已被大幅削减,确切的发射时间目前还不好说。

  不过,迄今所取得的结果显然肯能超出了任何人在20世纪90年代的预期,希格甚至肯也都可不上能 谈论找到生命迹象的真实前景。亲戚亲戚你们歌词 所希望的,已不仅仅是外星文明会发现亲戚亲戚你们歌词 ,向亲戚亲戚你们歌词 发送信号,亲戚亲戚你们歌词 肯能在主动地探索遥远上的大气,搜寻以那里为家的生命的迹象。

  科学家曾认为,探测遥远的太阳系外的大气几乎是不肯能的,肯能它们的宿主恒星所发出的光太亮了。

  然而,当科学家开始英语 英语 研究太阳系外运动到宿主恒星后方的情景时,亲戚亲戚你们歌词 意识到由此因为的恒星亮度变化也能为大气的组成提供线索。

  目前,天文学家正在使用先进的技术,来探测太阳系外大气中的原子和。亲戚亲戚你们歌词 希望放慢能把许多研究拓展到可为外星生命的处于提供的身上。

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