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宇宙這麼大,科學家現在正在用什麼辦法探測系外行星?

宇宙空間非常寬廣,即便在太陽系內的冥王星,也很難通過地球上的天文望遠鏡清晰地觀測到。那些太陽系戲外的恆星就更為遙遠了,距離最近的也達到了四光年。 據外媒報道,斯坦福大學的一個團隊正計劃用能阻擋恆星光線的衛星創造人造日食。幸運的是,太陽光線不是這個系統的目標:相反,這種「Starshade」(遮星板)將阻擋遙遠的恆星,允許其配對衛星上的望遠鏡更清楚地觀察可能繞軌道的系外行星。

近年來,科學家已經發現了大量系外行星,其中大多數都是通過掩星法發現的。但是,雖然恆星的亮度在這種情況下是有用的,但眩光使得天文學家很難直接觀察行星。 「通過間接測量,您可以檢測到一顆星星附近的天體,並計算出它們的軌道周期和與星星距離,」該項目首席研究員Simone D"Amico表示。「這一切都是重要的信息,但直接觀察,你可以描述系外行星的化學成分,並可能會看到生命活動的跡象。」

為了解決這個問題,斯坦福大學的團隊正在提出一個名為「小型化分散式遮光體/望遠鏡」(mDOT)的項目。這個系統將包括一個攜帶遮星板的100千克(約220磅)的微型衛星,以及一個裝有小型望遠鏡的10千克(約22磅)的納米衛星。

發射時,在地球高軌道展開至3米(10英尺)的全寬之前,遮星板將摺疊起來。其花朵形狀有一個非常具體的目的,允許它將最暗的陰影投射到距離不超過1000公里(620英里)搭載望遠鏡的配對衛星上。 參與該項目的研究生Adam Koenig表示:「通過這種特殊的幾何形狀,您可以將恆星的光線衍射到遮星板周圍。「那麼,你可以在中心發現很暗的陰影,陰影夠安時導致恆星的光線不會干擾附近行星的觀察。」

雖然mDOT將無法用於發現地球大小的行星,但它可以幫助研究塵雲或類似木星大小的氣態巨行星。 自20世紀末人類發現第一顆系外行星以來,目前已經總共發現了隸屬於兩千多個恆星系統的三千多顆系外行星。下面是天文學家搜尋這些行星的主要方法。

視向速度法 行星並非繞著恆星的中心公轉,事實上,行星和恆星都是繞著它們的共同質心公轉,但恆星質量遠大於行星,所以質心靠近恆星。在恆星繞質心公轉時,它有時會朝向我們運動,有時又會遠離我們運動,所以恆星發出的光會產生多普勒效應。通過分析恆星的光譜,能夠測量出恆星的視向速度,從而推斷出行星的存在。在2009年開普勒太空望遠鏡升空之前,視向速度法是尋找系外行星最有效的方法。

行星凌日法 如果恆星、系外行星、地球處在同一條直線上,當系外行星相對於地球穿過恆星前方時,它會部分遮擋恆星發出的光,從而導致恆星的亮度輕微變暗。探測器可以檢測到這種亮度變化,從而發現系外行星的存在。目前,開普勒太空望遠鏡主要是採用這種方法來搜尋系外行星。

開普勒望遠鏡有著高超的本領,特別擅於觀測系外行星,在經過的它們所在的恆星面前時,恆星光芒的微弱改變。開普勒望遠鏡還特別擅長尋找那些長得像地球的系外行星。

它的工作效率很高,眼睛也很靈敏,每天都能緊盯著大約十萬顆恆星,這裡面,哪些恆星的光芒只要被稍微擋住了一點點,開普勒就能感覺得到,然後就會立馬告訴地面上的工作人員:「注意啦,注意啦!這顆恆星好像有自己的行星!」自從他開始工作到現在,已經發現了兩千多顆系外行星了,其中有好多顆都長得像地球!

微引力透鏡法 微引力透鏡法可以利用背景恆星作為手電筒,來發現遙遠的天體。如果一顆恆星在另一顆恆星前面移動,遙遠恆星發出的光就會被近距離恆星的引力所彎曲,而更遠的恆星則被放大。微引力透鏡效應不依賴於來自主星球的光就可以探測星球。因此,微引力透鏡法可以檢測出遙遠系外行星的主恆星,即使它不能被直接探測到。

光學引力透鏡實驗是華沙大學的天文項目,主要尋找暗物質和系外行星,它利用了安裝在智利的拉斯埃帕納斯天文台1.3米望遠鏡。因此,除了凌日法、搖擺法,如果要發現數萬光年之外的系外行星,只能藉助微引力透鏡法。


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