新光谱仪开始搜寻系外行星

时间:2017-12-9 21:42:54 来源：科学网

新超高分辨率光谱仪开始搜寻系外行星。图片来源：R. Wesson/ESO

欧洲南方天文台（ESO）近日宣布，一架用于搜索系外行星的新设备，看到了来自宇宙的第一缕光线。这个名为岩石系外行星和稳定光谱观测阶梯光栅光谱仪（ESPRESSO）能通过测量由行星引力引起的恒星光谱变化，探测系外行星。

对于这种技术而言，当其更近轨道上有更多大质量行星时，恒星摆动的信号更大。ESPRESSO有超高分辨率、更宽的波长范围，并被安装于位于智利的甚大望远镜（VLT）上，科学家希望它能分辨出具有与地球相似的质量和轨道的行星。

“这是此类设备中全世界最成熟的。”英国剑桥大学天文学家Didier Queloz说。1995年Queloz与合作者发现了第一颗围绕一颗标准恒星运行的系外行星。

在系外行星科学发展的早期，这种“径向速度”方法就是一种可选择的技术，因为昏暗的行星太过微弱，以至于人们无法在其附近恒星的耀眼光芒中看到它。而从地球上的观测者的角度来看，一颗在轨的系外行星会反复“拖拽”其母恒星，而恒星速度变化可以利用其光的频率的多普勒频移被探测到。

实际上，径向速度也称视向速度，即当行星绕恒星转动时，其引力作用在恒星上，使恒星围绕着恒星和行星的共同质量中心旋转。人们就是利用这种办法发现了数百颗系外行星。

但近几年来，该技术逐渐被凌日探测技术取代。当行星通过恒星前方时，会让恒星暂时变暗，就发生了凌日。自2009年开始，美国宇航局（NASA）的开普勒太空望远镜就利用凌日探测发现了数千颗系外行星。

由于它们的工作方式的不同，这两种方法揭示了一颗系外行星的不同特征。两者都揭示了行星轨道，但径向速度指向了行星的质量，而凌日则揭示了它的大小。当然，在理想情况下，天文学家想要知道这两者。

Queloz提到，研究人员开始“明白径向速度对于质量而言是必不可少的，这就让人们对测量这些数据产生兴趣”。一些地基仪器一直在不停地测量系外行星的径向速度，其中包括ESO的高精度径向速度行星搜索器（HARPS）和美国加州大学利克天文台的自动化行星探测器。但天文学家想要的更多。

这激发人们开始设计新一代光谱仪，以便使用不同技术寻找系外行星，并覆盖不同的波长范围。上一代光谱仪可以测量每秒1米左右的恒星摆动速度。例如，木星以每秒13米的速度拖拽太阳，但地球只能达到每秒9厘米的径向速度。

而在新一代光谱仪中，ESPRESSO的目标是类地行星，灵敏度为每秒10厘米，甚至更慢。来自瑞士日内瓦大学的首席科学家Francesco Pepe说：“我们是第一个疯狂地做到这一点的人。”

可能它还无法找到地球的孪生兄弟，但ESPRESSO应该能够探测到比地球重3到4倍的超级地球，而且这些行星也围绕着一颗类似太阳的恒星运转。它也可以探测到在较小恒星周围的地球大小的行星，在这样的一个系统中，较弱的拖拽力就可以获得更大的速度。

Pepe也承认，与上一代相比，ESPRESSO并不是革命性的，更确切地说是扩大了HARPS的技术，并被用于更大的望远镜。“我们正在以目前有限的技术能力，做一些独特的事。”他说。

其中，一个最具挑战性的技术是激光频率梳，它能将激光束分成数十万相等频率间隔的光学频率序列，以提供一种参考网格来测量恒星光的多普勒频移。Pepe说，他们仍在努力让频率梳覆盖整个仪器的探测器

Queloz指出，ESPRESSO的力量在于它对更广泛的波长的敏感性，以及VLT巨大的光收集能力。在目前的径向速度测量中，研究人员正在对抗恒星动荡大气层引起的背景星光噪音。通过收集更多光线、覆盖更多波长，天文学家可以更好地“消除恒星大气的影响”，他说。

VLT包括4个相同的8.4米望远镜。而ESPRESSO的定位是，可以从任何一个或所有的望远镜中获得光。“它是一个多面手，能完全适应和融入VLT的灵活性。”Queloz说。

来源链接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/12/396679.shtm