它們已經準備好了

來源：Science

探索頻道望遠鏡

說起探索新世界，NASA的開普勒望遠鏡當仁不讓佔據頭條——自從2009年發射，它已經發現了數千顆地外行星。但是在開普勒發射之前，辨認地外行星的主力卻是那些可以測量由於繞恆星旋轉的行星的引力場導致的微小恆星擾動的地面設備。目前它們正在悄然復興。它們中的下一代將會有足夠的靈敏度來找到真正的地球「兄弟」：一顆質量與地球差不多，每年繞著和太陽類似的恆星轉一圈的行星。這種事開普勒做不了——它只對行星的大小敏感，卻對它的質量無能為力。

2017年12月9日，在亞利桑那州的探索頻道望遠鏡內，極靈敏光譜儀（Extreme Precision Spectrometer，EXPRES）第一次望向天空。2017年10月，在智利的歐洲南部天文台甚大望遠鏡（ESO』s Very Large Telescope）內，對於岩類行星的分級光譜測量和穩定分光鏡觀測項目（Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations，ESPRESSO）已經開始運行。其餘將近24個設備也在製造之中或者最近已經開始服務。「目前人們已經明白地外行星是天文學的主要部分，」天文學家Jason Wright說，「所以許多主要天文台都需要高解析度的光譜儀。」

這樣的光譜儀將星光分光到光譜色陣列中，陣列中包含由恆星大氣氣體吸光形成的波長暗線。天文學家接著在這些線中尋找微小振動的多普勒紅移信號，它由行星牽引而來。

這個技術在大質量行星繞恆星軌道距離近時效果最好，因為行星牽引效應會更加明顯。比如說早期探索，1995年發現的第一顆地外行星經常是「熱木星」——在「緊」（距離更小）軌道中的巨行星。然後在2003年迎來了在智利La Silla天文台的高準確度視向速度行星搜索儀（High Accuracy Radial velocity Planet Searcher），這是個二代光譜儀，可以讓天文學家在更寬的軌道中尋找更小的行星。（目前為止發現了130顆）

近些年，一個由開普勒望遠鏡領導的新的「凌星」技術開始佔主導地位。在某一天區，開普勒望遠鏡盯著145000顆恆星並尋找著由於行星穿過恆星前面而導致的恆星亮度下降痕迹。

雖然開普勒望遠鏡在驗證幾千個地外行星身份並且測量它們的尺寸方面確實成果豐碩，但是這些行星和它們的恆星大多數離地面光譜儀太遠，以至於無法測得質量。在接下來的一年中，人們會發射一系列開普勒望遠鏡的繼任者，如過渡地外行星調查衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS），歐洲的描繪地外行星衛星（Characterising Exoplanets Satellite，CHEOPS）。這將會改變現狀。它們會為鄰近的明亮恆星巡天，有利於地面設備接下來的工作。「為了了解它們，我們得知道它們的質量，這是最基本的了。」加拿大的René Doyon說。

雖然開普勒望遠鏡在驗證幾千個地外行星身份並且測量它們的尺寸方面確實成果豐碩，但是這些行星和它們的恆星大多數離地面光譜儀太遠，以至於無法測得質量。在接下來的一年中，人們會發射一系列開普勒望遠鏡的繼任者，如過渡地外行星調查衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS），歐洲的描繪地外行星衛星（Characterising Exoplanets Satellite，CHEOPS）。這將會改變現狀。它們會為鄰近的明亮恆星巡天，有利於地面設備接下來的工作。「為了了解它們，我們得知道它們的質量，這是最基本的了。」加拿大的René Doyon說。

科學家Francesco Pepe說，用這些提升方式，ESPRRESSO可以測量小於10cm/s的行星運動（大約是巨型烏龜的速度）。在這一方面的性能較HARPS提升10倍，這也是人們所預期的地球「兄弟」繞太陽「兄弟」的運動方式。

在這樣的精確度下，恆星大氣層內部的脈衝氣體可以淹沒由任何不穩定晃動導致的信號。用一些新型光譜儀，調查者希望能通過在一定波長範圍內比較光譜移動，從雜訊中把信號分離出來。但是Pepe希望對於ESPRESSO而言，雜訊對應的行星應該比地球重大約3到4倍。只有當恆星質量更小，對行星牽引更敏感時，ESPRESSO才有機會看到類地行星。

其它光譜儀通過關注一些最小的恆星——紅矮星，來提升對於小型行星的靈敏度。紅矮星在紅外波段釋放大部分的光。但是地球大氣層僅允許近紅外光的一小部分到達地面，這給設備製造者們提出了挑戰。「這對於設備的改進有很大推動作用。」Doyon說，他領導建設近紅外行星搜索儀（Near-InfraRed Planet Searcher，NIRPS）的團隊，NIRPS會和智力的ESO 3.6M望遠鏡一塊兒運行。

新設備甚至可以提升凌星研究。除尋找光譜抖動，他們可以看到由星光穿過路徑上行星大氣層而形成的光譜線。用已經存在的設備繪製的凌星光譜已經揭露了在地外行星大氣層中水和二氧化碳氣體的存在，目前天文學家正用它來尋求生命的信號。如果新的光譜儀能夠描繪行星並找到它們，這場復興會升級為一次革命。

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