天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

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天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

一颗系生手星围绕一颗红矮星运行的图片

图片来自:L. Hustak和J. Olmsted (太空望远镜科学研究所)

天文学家们找到了一种新方法,可以辨别一个岩质系生手星(与地球最相似的系生手星)是否存在大气层。

在已往十年里,天文学家们发现了许多与地球相似的岩质系生手星,在“宜居带”运行,“宜居带”是恒星附近的区域,温度温和,有可能使液态的水停顿于岩质系生手星外貌。但与地球差异的是,这些行星中有许多都靠近体积小、温度低,而且活泼的M矮星,M矮星的辐射和恒星风可能会阻止这些行星形成大气层。目前,这些岩质系生手星能否维持大气层是该范畴研究的一个告急问题。

天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

该研究的作者、马里兰大学的助理教授伊莱扎·肯普顿(Eliza Kempton)告诉天文在线:“除了我们的太阳系外,我们从未形貌过其他岩质行星大气层的特征。这是确定宜居带的岩质行星特征的第一步。”

研究人员发起,在已知的岩质系生手星从母恒星后面经过之前,观察它们,并将光量与单独从恒星上看到的光量举行比较。通过计算恒星与行星之间的间隔,可以得知行星接受了多少辐射。通过观测日食前后光的差异,能够看到行星在白天重新辐射多少光。如果行星重新辐射了所有的光,那么它可能没有大气层。但是如果一些光消散了,这就证明大气层重新分配了一些能量到行星的背面,大概大气层散失了能量。研究人员在《天体物理学杂志》(1、2、3、4)上发表了这些方法及其背后的理论。

天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

也有人曾实验在系生手星上探求大气层。去年,由科学家劳拉·克莱德伯格(Laura Kreidberg)领导的一个团队通过观察系生手星LHS 3844b在绕其恒星运行时发出的光,确定它没有大气。但是这个利用新方法的团队想要加快搜索速度。詹姆斯·韦伯太空望远镜有望在2021年发射,它能告诉天文学家更多关于系生手星的信息,而天文学家们肯定会为其宝贵的观测时间睁开激烈竞争。因此,这组研究人员致力于筹划一种观察方法,使其能够在一次性观测数十颗系生手星时,提供简单的“是或否”答复。

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康奈尔大学的卡尔·萨根研究所所长莉萨·卡特尼格并没有到场这项研究,在发给天文在线的一封电子邮件中,她说:“这种方法不会告诉我们大气中有什么,比如它是否因生命的存在而改变,大概它是否看起来像我们地球的大气层,但它仍旧有用。这种方法可以用来区分哪些行星必要更具体地观察。”

肯普顿说,这种方法另有其他局限。宜居带的岩质行星可能含有像粘土这样的由水改变的物质,它们的反光作用会使研究人员误以为那边有大气层。天文学家们不会用这种方法来观察宜居带的行星,大概观察那些希望有生命存在的含水行星。相反,他们将关注离恒星更近的行星。

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不外不要紧,研究人员是一步一步来的。肯普顿说:“我们想利用詹姆斯·韦伯太空望远镜,从一个更容易对准的目标开始。比宜居温度稍高的行星的特征将更容易形貌,可以用更少的观测时间,得到更精确的结果。”天文学家想知道岩石系生手星是否围绕着这些小而寒冷的M矮星运行,是否有大气层。如果它们确实有大气层,那就有来由继续关注宜居带行星。

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詹姆斯韦伯太空望远镜将有独特的机会来快速识别哪些系生手星有大气层。希望它能按时发射。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. gizmodo - Ryan F. Mandelbaum- Phy-ray

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