罗曼太空望远镜的日冕仪将有助于增加天文学研究中直接成像的遥远行星的种类

罗曼太空望远镜的日冕仪将有助于增加天文学研究中直接成像的遥远行星的种类罗曼号任务的日冕仪旨在展示日益先进的技术的威力。当它直接捕捉来自大型气态系外行星以及其他恒星周围的尘埃和气体盘的光线时，它将为未来指明方向：与地球大小相当的岩质行星的单像素"图像"。然后，光线可以扩散成彩虹光谱，揭示行星大气中存在的气体可能是氧气、甲烷、二氧化碳，甚至可能是生命迹象。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心该技术演示最近从美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）运往该局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心，在那里与太空观测站的其他部分一起准备于 2027 年 5 月发射。在进行跨国旅行之前，罗曼日冕仪对其阻挡星光的能力进行了最全面的测试工程师称之为"挖暗洞"。在太空中，这一过程将使天文学家能够直接观测其他恒星周围行星或系外行星的光线。一旦在"罗曼号"上得到验证，未来任务中的类似技术就能让天文学家利用这些光线来识别系外行星大气中的化学物质，包括那些可能预示着生命存在的化学物质。美国宇航局南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜上的罗曼日冕仪将提高科学家直接为其他恒星周围的行星成像的能力。作为有史以来在太空中飞行的最强大的日冕仪，它将展示未来任务可能使用的新技术，如美国宇航局提议的宜居世界观测站。资料来源：NASA/JPL-Caltech/GSFC在暗洞测试中，研究小组将日冕仪放置在一个密封舱中，以模拟太空中寒冷、黑暗的真空环境。他们利用激光和特殊光学仪器，复制了一颗恒星发出的光，就像罗马望远镜观测到的那样。当光线到达日冕仪时，仪器会使用被称为遮罩的小圆形遮挡物来有效遮挡恒星，就像汽车遮阳板遮挡太阳或日全食时月亮遮挡太阳一样。这使得恒星附近较暗的物体更容易被看到。带面罩的日冕仪已经在太空中飞行，但它们无法探测到类似地球的系外行星。从另一个恒星系统中看，我们的母星会比太阳暗大约 100 亿倍，而且两者距离相对较近。因此，试图直接拍摄地球的图像，就好比试图从 3000 英里（约 5000 公里）外看到灯塔旁的一粒生物发光藻类。使用以前的日冕仪技术，即使是遮蔽恒星的眩光也会淹没类地行星。5 月 17 日，在 JPL，Roman Coronagraph 仪器小组的成员用起重机吊起了仪器存放的运输集装箱的上半部分，以便运往 NASA 的戈达德太空飞行中心。图片来源：NASA/JPL-Caltech罗曼日冕仪将展示一些技术，这些技术通过使用几个可移动部件，能够比以往的空间日冕仪去除更多不必要的星光。这些活动部件将使它成为第一个在太空中飞行的"主动"日冕仪。它的主要工具是两面可变形的镜子，每面镜子的直径只有 2 英寸（5 厘米），由 2000 多个可上下移动的微小活塞支撑。这些活塞共同作用，改变可变形反射镜的形状，从而对罩边缘溢出的不需要的杂散光进行补偿。罗曼日冕仪是如何工作的？这段视频展示了它如何去除多余的星光，以揭示其他恒星周围的行星。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心可变形反射镜还有助于修正罗曼望远镜其他光学系统的缺陷。虽然这些缺陷很小，不会影响罗曼望远镜的其他高精度测量，但它们会将杂散的星光送入暗洞。对每个可变形镜片的形状进行肉眼无法察觉的精确改变，可以弥补这些缺陷。JPL罗曼日冕仪项目副经理赵峰说："瑕疵非常小，影响也很小，我们不得不进行100多次迭代，才能把它做对。这有点像你去看验光师，他们会给你戴上不同的镜片，然后问你'这个更好吗？这个怎么样？'而日冕仪的表现比我们预想的还要好"。在测试过程中，日冕仪相机的读数显示，中心恒星周围有一个甜甜圈状的区域，随着研究小组将更多的星光引离中心恒星，这个区域会慢慢变暗，因此被称为"挖黑洞"。在太空中，当仪器利用其可变形的镜子工作时，潜伏在这个黑暗区域的系外行星就会慢慢显现出来。这幅图显示的是对罗曼日冕仪的测试，工程师称之为"挖黑洞"。左图是只使用固定部件时星光漏入视场的情况。中间和右边的图像显示，当仪器的可移动部件工作时，更多的星光被移走。图片来源：NASA/JPL-Caltech在过去的 30 年里，天文学家已经发现并确认了5000 多颗围绕其他恒星的行星，但大多数都是间接探测到的，这意味着它们的存在是根据它们如何影响母恒星来推断的。探测母恒星的这些相对变化要比看到暗得多的行星信号容易得多。事实上，只有不到 70 颗系外行星被直接成像。迄今为止已经直接成像的行星都不像地球：它们大多更大、更热，通常离恒星更远。这些特点使它们更容易被探测到，但也不那么适合我们所知的生命。为了寻找潜在的宜居世界，科学家们需要对行星进行成像，这些行星不仅比恒星暗数十亿倍，而且要以适当的距离围绕恒星运行，这样行星表面才能存在液态水这是地球上发现的生命的前身。要开发直接拍摄类地行星图像的能力，还需要像罗曼摄谱仪这样的中间步骤。它的最大能力可以为太阳这样的恒星周围的一颗类似木星的系外行星成像：这是一颗大而冷的行星，位于恒星宜居带之外。5 月 17 日，JPL 的团队成员在将仪器运往 NASA 戈达德太空飞行中心的集装箱外面的一面旗帜（上面有任务标志）上签下了自己的名字，以此向 Roman Coronagraph 仪器道别。图片来源：NASA/JPL-Caltech美国国家航空航天局（NASA）从罗曼日冕仪中学到的知识将有助于为未来的飞行任务开辟一条道路，这些飞行任务旨在直接为在类太阳恒星的宜居带中运行的地球大小的行星成像。关于未来望远镜的构想被称为"宜居世界天文台"（Habitable Worlds Observatory），其目标是利用一台仪器对至少25颗与地球类似的行星进行成像，这台仪器将以罗曼摄谱仪在太空中的演示为基础。JPL的伊利亚-波贝雷茨基（Ilya Poberezhskiy）是罗曼日冕仪的项目系统工程师，他说："要想实现宜居世界天文台这样的任务目标，像可变形反射镜这样的主动组件是必不可少的。罗曼日冕仪的主动性让你可以把普通光学系统提升到一个不同的层次。它使整个系统变得更加复杂，但如果没有它，我们就无法完成这些不可思议的事情。"编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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NASA新一代系外行星成像技术推进了地外生命的搜寻工作该仪器由位于南加州的喷气推进实验室设计和制造，最近通过了发射前的一系列关键测试。其中包括确保仪器的电子元件不会干扰天文台其他部分的电子元件，反之亦然。JPL罗曼摄谱仪项目副经理赵峰说："这是建造航天器仪器的一个重要阶段，也是一个令人紧张的阶段，要测试一切是否都能按预期运行。但我们有一个了不起的团队，他们建造了这个东西，它以优异的成绩通过了电气元件测试。"日冕仪可以阻挡来自恒星等明亮宇宙天体的光线，这样科学家就可以观测到被强光遮挡的附近天体（类似于汽车遮阳板带来的效果）。行星反射或发射的光线携带着有关行星大气中化学物质的信息以及其他潜在的宜居迹象，因此日冕仪很可能成为寻找太阳系外生命的重要工具。JPL 科学家凡妮莎-贝利（Vanessa Bailey）站在南希-格蕾丝-罗曼日冕仪（Nancy Grace Roman Coronagraph）后面，该日冕仪正在 JPL 进行测试。冕仪的大小与一架婴儿三角钢琴差不多，其设计目的是阻挡星光，让科学家能够看到太阳系外行星发出的微弱光线。图片来源：NASA/JPL-Caltech但是，如果科学家们试图获取另一个太阳系（大小相同，距离与太阳类似的恒星的距离相同）中一颗类地行星的图像，即使使用当今最好的日冕仪和最强大的望远镜，他们也无法在恒星的强光下看到这颗行星。罗曼日冕仪旨在改变这种模式。该仪器的创新之处在于可以观测到在大小和与恒星的距离上与木星相似的行星。罗曼日冕仪团队预计，这些进步将有助于在未来的天文台上观测到更多的类地行星。作为一项技术演示，罗曼日冕仪的主要目标是测试以前从未在太空中飞行过的技术。具体来说，它将测试比现有技术至少好 10 倍的复杂光阻断能力。科学家们希望能进一步提高它的性能，以观测可能产生新科学发现的挑战性目标。对 Roman Coronagraph 进行无线电波攻击测试以测试其对杂散电信号的反应。测试是在一个内衬有泡沫衬垫的室内进行的，泡沫衬垫可以吸收电波，防止电波从墙壁上反弹。资料来源：NASA/JPL-Caltech即使在日冕仪阻挡恒星光线的情况下，行星仍然会非常暗淡，可能需要整整一个月的观测才能获得遥远世界的清晰图像。为了进行这些观测，该仪器的照相机检测单个光子或单个光粒子，这使得它比以前的日冕仪灵敏得多。这就是最近的测试至关重要的原因之一：向航天器部件供电的电流会产生微弱的电信号，模仿日冕仪敏感相机中的光线这种效应被称为电磁干扰。与此同时，来自日冕仪的信号同样会干扰罗曼号的其他仪器。任务需要确保望远镜在距离地球 100 万英里（约 150 万公里）的隔离、电磁安静的环境中运行时，这两种情况都不会发生。因此，一组工程师将完全组装好的仪器放入 JPL 的一个特殊隔离电磁静音室中，并将其开足马力。他们测量了仪器的电磁输出，以确保其低于在罗曼号上运行所需的水平。研究小组使用注入钳、变压器和天线来产生电干扰和无线电波，这些干扰和无线电波与望远镜其他部分产生的干扰和无线电波类似。然后，他们测量了仪器的性能，寻找相机图像中是否存在过大的噪音，以及光学装置是否有其他不必要的反应。"我们用天线产生的电场强度与电脑屏幕产生的电场强度差不多，"JPL 的罗曼-日冕仪电气系统工程师克莱门特-盖顿（Clement Gaidon）说。JPL的罗曼-日冕仪电气系统工程师克莱门特-盖顿（Clement Gaidon）说："从各方面考虑，这都是一个很好的水平，但我们机载的硬件非常敏感。总的来说，仪器在电磁波中的导航工作非常出色。感谢团队在创纪录的时间内完成了这次测试活动！"从日冕仪技术演示中学到的经验将与罗曼太空望远镜的主要任务分开，后者包括多个科学目标。这项任务的主要工具是宽视场仪器，其目的是生成一些有史以来从太空拍摄的最大的宇宙图像。这些图像将使罗曼望远镜能够对恒星、行星和星系等宇宙天体进行开创性的观测，并研究宇宙中物质的大尺度分布。例如，通过反复拍摄银河系中心的图像就像拍摄一部历时多年的延时电影宽视场仪器将发现数以万计的新系外行星。(这种行星调查将与日冕仪的观测分开）。罗曼还将绘制宇宙三维地图，探索星系是如何形成的，以及宇宙膨胀加速的原因，测量天文学家所说的"暗物质"和"暗能量"的影响。凭借这些广泛的能力，罗曼将帮助回答有关我们宇宙大小特征的问题。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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下一代望远镜可以通过仔细观察附近系外行星的大气层来寻找地外生命

下一代望远镜可以通过仔细观察附近系外行星的大气层来寻找地外生命研究发现，对于这对邻近世界比邻星 b和GJ 887 b，这些望远镜非常善于探测潜在生物特征的存在。研究结果表明，只有比邻半人马座b存在二氧化碳时，这些机器才能探测到。虽然目前还没有发现任何系外行星与地球早期的生命条件完全吻合，但这项工作表明，如果对这些独特的超级地球比地球质量大但比海王星小的行星进行更详细的研究，它们可能会成为未来研究任务的合适目标。为了进一步寻找宜居行星，该研究的第一作者、俄亥俄州立大学天文学大四学生张惠浩和他的同事们还试图确定詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）等专业成像仪器以及欧洲极大型望远镜、三十米望远镜和巨型麦哲伦望远镜等其他极大型望远镜（ELT）直接成像系外行星的效果。张说："并不是每颗行星都适合直接成像，但这就是为什么模拟能让我们大致了解ELT会带来什么结果，以及它们建成后要实现的承诺。"为系外行星成像的直接方法是使用日冕仪或星荫遮挡主恒星的光线，使科学家能够捕捉到轨道上新世界的模糊图像。但是，由于用这种方法确定系外行星的位置既困难又耗时，研究人员希望了解 ELT 望远镜在应对这一挑战时的表现。为此，他们测试了每台望远镜的仪器在检测生物特征时将普遍背景噪声与他们想要捕捉的行星噪声区分开来的能力；这种能力被称为信噪比，信噪比越高，行星的波长就越容易被检测和分析。结果表明，欧洲 ELT 的一台仪器（称为中红外 ELT 成像仪和摄谱仪）的直接成像模式在识别三颗行星（GJ 887 b、比邻星 b 和天狼星 1061 c）是否存在甲烷、二氧化碳和水方面表现较好，而其高角度分辨率整体光学和近红外积分场摄谱仪可以探测到甲烷、二氧化碳、氧气和水，但需要更多的曝光时间。此外，由于这些结论所涉及的仪器必须透过地球大气层的化学迷雾才能窥探到宇宙生命，因此要与JWST目前的外太空能力进行比较。他说："很难说太空望远镜是否比地面望远镜更好，因为它们是不同的。它们有不同的环境、不同的位置，它们的观测也有不同的影响因素。"在这种情况下，研究结果表明，虽然 GJ 887 b 是最适合 ELT 直接成像的目标之一，因为它的位置和大小导致特别高的信噪比，但对于某些凌日行星，如 TRAPPIST-1 系统，JWST 的行星大气研究技术比地球上的 ELT 直接成像更适合探测它们。由于这项研究对数据做了较为保守的假设，未来天文工具的真正功效仍可能令科学家们大吃一惊。这项研究的共同作者、俄亥俄州立大学天文学助理教授王吉（音译）说，撇开性能上的微妙对比不谈，这些强大的技术有助于拓宽我们对宇宙的认识，而且是相辅相成的，这就是为什么像这样评估这些技术局限性的研究是必要的。"模拟的重要性，尤其是对于耗资数十亿美元的任务来说，怎么强调都不为过，"王说。"人们不仅要建造硬件，还要非常努力地模拟性能，为取得那些辉煌的成果做好准备。"很有可能，由于 ELT 要到本世纪末才能完成，研究人员的下一步工作将围绕模拟未来的 ELT 仪器如何很好地调查我们星球上肆虐的生命证据的复杂性展开。"我们想看看我们能在多大程度上对我们的大气层进行细致入微的研究，以及我们能从中提取多少信息，"王说。"因为如果我们不能用地球的大气层回答宜居性问题，那么我们就不可能开始回答其他行星周围的这些问题。"编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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天文学家揭秘遥远系外行星TOI-1136的演化过程如果系统中的每个天体都是一只鸭子或小鸭子，TOI-1136 系统的有趣再现。资料来源：Rae Holcomb/UCI在1月29日发表于《天文学杂志》（The Astronomical Journal）上的一篇论文中，研究人员分享了TESS-Keck巡天的结果，对绕TOI-1136运行的系外行星进行了详尽的描述，TOI-1136是该星系中的一颗矮星，距离地球超过270光年。这项研究是该研究小组利用美国国家航空航天局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）提供的数据，于2019年对该恒星和系外行星进行初步观测的后续研究。该项目通过对凌日时间变化的计时，首次估算了系外行星的质量，而凌日时间变化是衡量轨道行星相互间引力的一个指标。在最近的研究中，研究人员将 TTV 数据与恒星的径向速度分析结合起来。利用加利福尼亚州汉密尔顿山利克天文台的自动行星发现者望远镜和夏威夷莫纳凯亚山上 W.M. 凯克天文台的高分辨率梯形光谱仪，他们可以通过多普勒效应的红移和蓝移探测到恒星运动的细微变化这有助于他们以前所未有的精度确定行星质量读数。为了获得这个太阳系中行星的精确信息，研究小组利用数百个径向速度测量数据和TTV数据建立了计算机模型。第一作者科里-比尔德（Corey Beard）是加州大学洛杉矶分校物理学博士候选人，他说，将这两种读数结合起来，可以获得比以往任何时候都更多的关于这个系统的知识。比尔德说："我们花了很多时间反复试验，但在开发出系外行星文献中迄今为止最复杂的行星系统模型之一后，我们对自己的成果非常满意。"该论文的合著者、加州大学洛杉矶分校物理学和天文学副教授保罗-罗伯逊（Paul Robertson）说，行星数量之多是激励天文小组开展进一步研究的一个因素。他说："我们认为，从研究的角度来看，TOI-1136 是非常有利的，因为当一个系统拥有多颗系外行星时，我们可以控制行星演化对宿主恒星的影响，这有助于我们关注导致这些行星具有这种特性的个别物理机制。"罗伯逊补充说，当天文学家试图对不同太阳系中的行星进行比较时，由于恒星的不同特性及其在银河系不同部分的位置，会有许多变量存在差异。他说，观察同一系统中的系外行星可以研究经历过相似历史的行星。TOI-1136 系统及其年轻恒星闪烁的艺术效果图。资料来源：Rae Holcomb/Paul Robertson/ UCI按照恒星的标准，TOI-1136非常年轻，只有7亿岁，这也是吸引系外行星猎手的另一个特点。罗伯逊说，寻找年轻恒星既"困难又特殊"，因为它们非常活跃。在恒星发展的这一阶段，磁性、太阳黑子和太阳耀斑更加普遍和强烈，由此产生的辐射会冲击和雕刻行星，影响它们的大气层。TOI-1136中已确认的系外行星TOI-1136 b至TOI-1136 g被专家们归类为"亚海王星"。罗伯逊说，最小的一颗行星的半径是地球的两倍多，其他行星的半径最多是地球的四倍，与天王星和海王星的大小相当。根据这项研究，所有这些行星绕TOI-1136运行的时间都少于水星绕地球太阳运行的88天。罗伯逊说："我们把整个太阳系装进了恒星周围的一个如此小的区域，以至于我们这里的整个行星系统都在这个区域之外。"它们对我们来说是奇怪的行星，因为我们的太阳系中没有与它们完全相似的东西，"合著者、加州大学洛杉矶分校物理学博士候选人蕾-霍尔科姆（Rae Holcomb）说。"但我们对其他行星系统的研究越多，就越觉得它们可能是银河系中最常见的行星类型"。这个太阳系的另一个奇特成分是可能存在第七颗行星，但尚未得到证实。研究人员检测到了该系统中另一种共振力的一些证据。罗伯逊解释说，当行星的运行轨道相互靠近时，它们会相互产生引力。他说："当你听到钢琴弹奏的和弦时，你会觉得很好听，这是因为你听到的音符之间存在共振，甚至是间隔。这些行星的轨道周期也有类似的间隔。当系外行星发生共振时，每次拉力的方向都是一致的。这可能会产生破坏稳定的效果，或者在特殊情况下，它可以使轨道更加稳定。"罗伯逊指出，这次调查远远没有回答他的研究小组关于这个系统中系外行星的所有问题，而是让研究人员希望获得更多的知识，特别是关于行星大气成分的知识。通过美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）先进的光谱分析能力，可以更好地进行这方面的研究。"加州大学利克天文台和凯克天文台都参与了这个非常重要的系统的表征工作，对此我感到非常自豪，"加州大学天文台副主任马修-谢特龙（Matthew Shetrone）说。"在同一个系统中有这么多中等大小的行星，确实让我们能够测试行星形成的情况。我想更多地了解这些行星，我们会在同一个太阳系中发现熔岩世界、水世界和冰世界吗？感觉就像科幻小说一样"。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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自动望远镜网络发现环绕超冷恒星运行的宜居系外行星SPECULOOS-3 b 系外行星 SPECULOOS-3 b 绕其恒星运行的艺术家视图。这颗行星和地球一样大，而它的恒星比木星稍大，但质量更大。资料来源：NASA/JPL-Caltech一个国际天文学家小组发现了一颗新的地球大小的行星，它围绕着一颗超冷的红矮星运行，距离仅有 55 光年。这颗行星是在这种恒星周围发现的第二颗同类行星。这颗行星被称为 SPECULOOS-3 b，它需要大约 17 个小时才能绕恒星运行一圈，其温度是太阳的两倍多，质量是太阳的十倍，亮度是太阳的一百倍。SPECULOOS-3 b 上的白天和黑夜似乎是无穷无尽的：这颗系外行星很可能被潮汐锁定，因此同一面"白天"总是面向恒星，这种关系类似于我们的月球和地球。这一发现于2024年5月15日发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上，由比利时列日大学（University of Liège）领导的SPECULOOS项目与伯明翰大学、剑桥大学、伯尔尼大学和麻省理工学院合作完成。SPECULOOS（Search for Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars）项目的目的是利用遍布全球的望远镜网络寻找绕超冷矮星运行的系外行星。超冷矮星非常常见，约占银河系恒星的 70%。但它们也非常暗淡，而且分散在天空中，因此科学家们必须用望远镜观测数周的数据，逐一监测每颗恒星，才能探测到凌星。"我们专门设计了SPECULOOS来观测附近的超冷矮星，寻找适合详细研究的岩石行星，"列日大学天文学家、论文第一作者Michaël Gillon说。"2017年，我们使用TRAPPIST望远镜的SPECULOOS原型发现了著名的TRAPPIST-1系统，该系统由7颗地球大小的行星组成，其中几颗可能适合居住。这是一个极好的开端！"虽然对这一发现的大部分观测是由位于北半球的 SPECULOOS 望远镜完成的，但伯明翰大学的研究人员也贡献了在位于智利阿塔卡马沙漠的 SPECULOOS 南方天文台进行的一些观测。伯明翰大学系外行星学教授Amaury Triaud说："虽然超冷矮星比我们的太阳温度低、体积小，但它们的寿命要长上千倍大约1000亿年，预计它们将是宇宙中最后一颗仍在闪耀的恒星。"科学家们认为，如此长的寿命可能会为轨道行星上的生命提供发展机会。虽然大多数天文数据都是自动分析的，而且候选行星通常都是先由算法检测出来，然后再由人工进行审核，但在这个案例中，这种情况并没有发生。SPECULOOS 团队的成员已经养成了在夜间数据发布时快速浏览这些数据的习惯，伯明翰大学的前博士生、现博士后研究员 Georgina Dransfield 博士注意到了行星信号，并提醒了整个合作团队。她说："超冷矮星体积小，更容易探测到小行星。SPECULOOS-3b的特殊之处在于，它的恒星和行星特性使其成为JWST的最佳目标，JWST能够获得有关构成其表面的岩石成分的信息。"该项目的下一步可能包括由詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）进行的后续观测，这将为了解该行星的表面矿物学以及大气层的可能性提供重要信息。编译来源：ScitechDaily ... PC版：手机版：

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