哈勃太空望遠鏡（世界十大望遠鏡排名）

天文學家們宣布稱，美國宇航局的羅曼天文望遠鏡任務——將于21世紀20年代中葉某時發(fā)射——被期待能發(fā)現(xiàn)至少10萬個環(huán)繞其他恒星的外系行星。

【資料圖】

對于藝術家對外系行星在它的恒星前凌空而過時的概念設想，即將到來的羅曼天文望遠鏡任務有望發(fā)現(xiàn)至少10萬個這樣的新世界。圖像來自于ESA。

自20世紀90年代以來，天文學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四千多個外系行星，即環(huán)繞其他恒星的太陽系之外的行星。美國宇航局即將到來的羅曼天文望遠鏡——以美國宇航員南希·格雷斯·羅曼的名字命名——是下一代天文望遠鏡的成員之一，將在新世界發(fā)現(xiàn)中扮演重要角色。實際上，美國太空總署于2021年3月31日宣布，美國宇航局希望這個將在21世紀20年代中葉發(fā)射的羅曼望遠鏡，能夠發(fā)現(xiàn)十萬個以上的外系行星。

羅曼望遠鏡要如何做到這一點呢？它將利用兩種不同的方式來探測外系行星：凌星法和微引力透鏡技術。大多數(shù)望遠鏡主要只使用一種方法，但利用兩種不同方式的羅曼望遠鏡——前稱為大視場紅外巡天望遠鏡——將會成為發(fā)射出的最高產(chǎn)的行星獵手。

微引力透鏡技術利用大質量物體的引力曲光性效應來探測環(huán)繞恒星的行星。它通過監(jiān)測恒星產(chǎn)生的光的微小變化來實現(xiàn)這一點。當一顆距離較遠的恒星恰巧對準了前景處距離較近的行星時，就會發(fā)生這種情況，科學家們正在利用這一現(xiàn)象來研究可能存在的行星。近處的恒星會像透鏡一樣，將來自于遠處恒星的光彎曲。隨著恒星的運動，排列方式會在幾天或幾星期內發(fā)生輕微的變化，遠距離恒星的亮度也會隨著發(fā)生輕微變化。通過觀察近處目標恒星光度的變化模式，天文學家們可以發(fā)現(xiàn)某些環(huán)繞著它的行星的線索。

藝術家圖解的南希·格雷斯·羅曼天文望遠鏡。圖片來自NASA/GSFC/ Hubblesite

然而，這種微引力透鏡現(xiàn)象卻并不常發(fā)生，因此，羅曼望遠鏡也會利用其他最常見的技術來搜尋行星，也就是凌星法。新南威爾士大學的科學講師本·蒙泰這樣說道：

微引力透鏡現(xiàn)象十分少見并且發(fā)生得很快，所以為了探測它們，你需要重復多次看很多的恒星并且準確測量光度的變化。這也同樣正是在尋找凌星行星時你需要做的事，所以在建立穩(wěn)定的微引力透鏡調查的同時，羅曼望遠鏡也需要進行很好的凌星調查。

大多數(shù)羅曼望遠鏡的發(fā)現(xiàn)都應該來自于凌星法。蒙泰說，望遠鏡應該能夠找到10萬個正在經(jīng)過它們面對的恒星的行星，甚至更多。蒙泰之前在2017年曾發(fā)表過一篇論文，詳細說明了羅曼望遠鏡應該可以完成的事，但那時它還被稱為大視場紅外巡天望遠鏡。

從地球上看，在如此凌星的過程中，當有行星從其前方經(jīng)過時，宿主恒星的亮度會略微變暗。通過測量光的變化，科學家可以在一定精確程度上確定一顆行星的大小。后續(xù)觀察通常可以幫助確定行星的質量及其軌道的大小。

按理說，比起依靠微引力透鏡技術，通過凌星法能發(fā)現(xiàn)更多的系外行星，但其實兩種探測方法是互補的。人們發(fā)現(xiàn)，許多系外行星的公轉軌道距離它們的中心天體很近，比如說氣態(tài)巨行星。而凌星法就比較適合用來探測這類行星。相反，微引力透鏡技術更適合用來探測公轉軌道距中心天體更遠的行星。我們甚至還能通過這種方法探測到"流浪星球"，這類星球基本上就是不被任何恒星引力綁住的星球，它們不繞著恒星公轉，只是在茫茫的星際空間中漫無目的地穿梭。科學家們會在這兩種探測方法的結合下，發(fā)現(xiàn)更多不同大小，軌道的系外行星。

哈佛史密森天體物理中心的天體物理學家JenniferYee說：

我們只需要查看已經(jīng)采集微引力透徹數(shù)據(jù)就能檢測到數(shù)千顆凌日行星，這一事實令人興奮。這是自由科學。

羅曼望遠鏡會發(fā)現(xiàn)什么樣的行星?

其中大部分(約3/4)可能是類似于木星和土星的氣態(tài)巨行星。此外，如天王星和海王星一樣的的冰態(tài)巨行星預計也在其中。其余的大部分可能類似迷你海王星，質量是地球的4到8倍。迷你海王星比超級類地行星稍大一點，而超級類地行星比地球稍大一點，質量也更大一點。

比較三個不同太空望遠鏡—羅曼望遠鏡、TESS和開普勒關于外行行星的探索范圍。可發(fā)現(xiàn)，羅曼比之前的觀測項目探索地要更深入。圖像來自于NASA和戈達德太空飛行中心。

這些星球之中不乏有宜居的星球，這些遙遠的星球因為其內部低溫才能夠允許水作為液體保留在這些巖石沙礫星球上。

羅曼望遠鏡將拓展新的太空未知領域并且深入探索我們銀河系從未涉及的角落。它將發(fā)現(xiàn)26000光年外的星球。對比之下，退役的開普勒望遠鏡只能研究平均2000光年距離內的天體，TESS當前專注于尋找離地球150光年左右的星球。

開普勒望遠鏡和TESS的任務同地面上的望遠鏡一樣，它們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了我們銀河系角落中一片廣泛的、五彩繽紛的世界。這些巖石星球有的跟地球一樣大、有的比地球小一點，而氣態(tài)行星又比木星大一點。我想當我們通過羅曼望遠鏡發(fā)現(xiàn)新世界的時候肯定是一片歡天喜地的氛圍。

2017年，新南威爾士州大學的本?蒙特發(fā)表了一篇關于羅曼望遠鏡能達到何等成就的論文。圖片來自UNSW

羅曼望遠鏡以南希·格雷絲·羅曼（1925-2018）命名，她是NASA第一位首席天文學家，為日后的太空探索鋪平了道路。她也被尊稱為“哈勃望遠鏡之母”。NASA首席科學助理托馬斯·左布臣說過：

南希·格雷斯·羅曼是一位領袖和倡導者，她的獻身精神為NASA認真追逐天體物理學領域并將它帶到一個新的高度做出來貢獻。她的名字在她所研究和開創(chuàng)的諸多天空領域中值得占有一席之地。

底線：據(jù)天文學家說，NASA即將上線的羅曼太空望遠鏡的任務有望發(fā)現(xiàn)至少十萬個圍繞其他恒星飛行的新外系行星。

標簽：