宇宙里程碑:NASA 已确认5,000 颗系外行星

3月22日 17:33 引自:phys.org

我们太阳系外的行星或系外行星是什么样的?此图显示了多种可能性。科学家在 1990 年代发现了第一颗系外行星。截至 2022 年,已确认的系外行星总数刚刚超过 5,000 颗。图片来源:NASA/JPL-Caltech

已确认的系外行星数量刚刚超过 5,000 颗,代表着由 NASA 太空望远镜领导的 30 年发现之旅。

不久前,我们生活在一个只有少数已知行星的宇宙中,它们都围绕着我们的太阳运行。但一系列新发现标志着科学的一个高点:现在已确认超过 5,000 颗行星存在于我们的太阳系之外。

行星里程表于 3 月 21 日开启,最新一批 65 颗系外行星——我们直系太阳系之外的行星——被添加到 NASA 系外行星档案中。该档案记录了出现在同行评审的科学论文中的系外行星发现,并已使用多种检测方法或分析技术得到证实。

迄今为止发现的 5,000 多颗行星包括像地球这样的小型岩石世界、比木星大许多倍的气态巨行星,以及围绕其恒星极其接近轨道的“热木星”。有“超级地球”,可能是比我们自己更大的岩石世界,还有“迷你海王星”,即我们系统海王星的较小版本。再加上同时绕两颗恒星运行的行星和顽固地绕着死星坍塌残骸运行的行星。

“这不仅仅是一个数字,”档案科学负责人、帕萨迪纳加州理工学院 NASA 系外行星科学研究所的研究科学家 Jessie Christiansen 说。“他们每个人都是一个新世界,一个全新的星球。我对每个人都感到兴奋,因为我们对他们一无所知。”

天文学家现在已经确认了超过 5,000 颗系外行星,或太阳系以外的行星。这只是我们银河系中可能的数千亿的一小部分。系外行星发现的锥体从地球向外辐射,就像车轮上的辐条一样。还有更多的发现等待着。图片来源:NASA/JPL-Caltech

我们确实知道这一点:我们的银河系可能拥有数千亿颗这样的行星。发现的稳定鼓声始于 1992 年,奇怪的新世界围绕着一颗更奇怪的恒星运行。它是一种被称为脉冲星的中子星,它是一种快速旋转的恒星尸体,会发出毫秒级的灼热辐射脉冲。测量脉冲时间的微小变化使科学家能够揭示围绕脉冲星运行的行星。

这篇论文的主要作者亚历山大沃尔什赞说,在这颗旋转的恒星周围仅发现三颗行星基本上打开了闸门,该论文的主要作者——30 年前——揭开了我们太阳系外第一批被确认的行星的面纱。

“如果你能在中子星周围找到行星,那么行星基本上必须无处不在,”Wolszczan 说。“行星生产过程必须非常稳健。”

Wolszczan 作为宾夕法尼亚州立大学的教授仍在寻找系外行星,他说我们正在开启一个发现时代,而不仅仅是将新行星添加到列表中。2018 年发射的凌日系外行星调查卫星 (TESS) 继续发现新的系外行星。但很快,强大的下一代望远镜及其高度敏感的仪器,从最近发射的詹姆斯韦伯太空望远镜开始,将捕捉系外行星大气中的光,读取存在哪些气体,以识别可居住条件的潜在迹象。

预计将于 2027 年发射的南希·格雷斯罗马太空望远镜将使用多种方法发现新的系外行星。ESA(欧洲航天局)任务 ARIEL 于 2029 年发射,将观测系外行星大气;NASA 的一项名为 CASE 的技术将有助于消除系外行星的云层和雾霾。

在这部动画中,系外行星由跨越数十年的发现演奏的音符代表。圆圈表示轨道的位置和大小,而它们的颜色表示探测方法。较低的音符意味着较长的轨道,较高的音符意味着较短的轨道。图片来源:NASA/JPL-Caltech/SYSTEM Sounds(M. Russo 和 A. Santaguida)

“在我看来,我们不可避免地会在某个地方找到某种生命——很可能是某种原始生命,”沃尔什赞说。他补充说,地球上的生命化学与在整个宇宙中发现的化学之间的密切联系,以及对广泛存在的有机分子的探测表明,探测生命本身只是时间问题。

如何寻找其他世界

画面并不总是那么明亮。1995 年,在类太阳恒星周围发现的第一颗行星被证明是一颗炽热的木星:一颗质量约为我们自己木星一半质量的气态巨行星,围绕其恒星进行了极其接近的四天轨道。换句话说,这个星球上的一年只持续四天。

一旦天文学家学会识别它们,地面望远镜的数据中就会出现更多这样的行星——先是几十颗,然后是数百颗。它们是使用“摆动”方法发现的:跟踪恒星的轻微来回运动,这是由轨道行星的引力牵引引起的。但是,仍然没有任何东西看起来适合居住。

寻找更像我们自己的小岩石世界需要系外行星搜寻技术的下一个重大飞跃:“过境”方法。天文学家威廉·博鲁基提出了将极其灵敏的光探测器连接到望远镜上,然后将其发射到太空中的想法。该望远镜将多年盯着超过 170,000 颗恒星的领域,寻找当行星穿过恒星表面时星光中的微小下降。

迄今为止,我们银河系中已确认的 5,000 多颗系外行星包括多种类型——有些与我们太阳系中的行星相似,有些则大不相同。其中有一种被称为“超级地球”的神秘品种,因为它们比我们的世界还要大,而且可能是岩石的。图片来源:NASA/JPL-Caltech

这个想法是在开普勒太空望远镜中实现的。

现已退休的开普勒任务的首席研究员 Borucki 说,它于 2009 年的发射打开了一个关于宇宙的新窗口。

“我有一种真正的满足感,并对外面的一切感到敬畏,”他说。“我们没有人预料到会有如此多的行星系统和恒星。这真是太神奇了。”

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