如何尋找宜居系外行星？用上這個機器就夠了

該圖片展示了在麥克唐納天文台的霍比·埃伯利望遠鏡潔凈艙室的密閉空間中安裝的「宜居帶行星探測儀」。

據美國「科學日報網」（ScienceDaily.com）2月21日消息稱，《光學》雜誌2月20日刊發的一篇研究論文闡述了美國賓夕法尼亞州立大學（Pennsylvania State University，簡稱Penn State）的一個研究小組研發了一種新型天文光譜儀——「宜居帶行星探測儀」（Habitable Zone Planet Finder，簡稱HPF），它可以對太陽附近其他恆星發出的紅外信號進行迄今為止最精確的測量，從而讓他們能夠探測到那些圍繞太陽系以外的低溫恆星運轉、表面有條件擁有液態水的行星。HPF能夠以極高的精度測量恆星的徑向速度。測量方法就是觀察和捕捉恆星在被沿軌道運行的行星牽引時在光譜顏色上所發生的細微變化，而這是發現和確認新行星存在的關鍵信息。

HPF被安置在美國德克薩斯大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin，簡稱UT-Austin）的麥克唐納天文台（McDonald Observatory）中，它的觀測目標是在生命宜居帶（其中行星表面可能存在液態水的星際區域）中太陽鄰近的低溫M矮星周圍運行的低質量行星。M矮星以充當類地行星的宿主恆星而聞名，不過由於它們的規模和磁場活動僅僅能通過斑點和耀斑的形式表現出來，這種恆星是暗淡無光的。這就給目前現有的可見光探測儀器帶來了一個技術難題。因此，HPF配有一台10米的霍比·埃伯利望遠鏡（Hobby Eberly Telescope），它可以通過近紅外光（一種波長最接近可見光的不可見紅外光）在這類恆星顯得更明亮、但相對沒那麼活躍的特定波長上觀察它們。

UT-Austin天文學和天體物理學副教授、HPF項目的首席研究員Suvrath Mahadevan介紹道：「HPF被建造得非常穩定，並且我們增加了一個被稱為『激光頻率梳』（laser frequency comb）的校準器，用以提高精度。」該激光梳是由美國國家標準與技術研究所（National Institute of Standards and Technology，簡稱NIST）定製的，它可以將單個波長的光波分離成單獨的光線，這種像梳齒一樣的功能可以被用作標尺以校準來自恆星的近紅外能量。這種多種技術的融合使研究人員能夠在觀測巴納德恆星（離太陽最近的恆星之一）的近紅外徑向速度時實現前所未有的高精確度。

麥克唐納天文台的高級研究科學家Mike Endl解釋道：「我們特別感興趣的是，在生命宜居帶中離太陽最近的恆星周圍尋找圍繞其運行的類地行星。這些行星賦予了我們更好地詳細描述和研究這類天體的機會，因為HPF的激光頻率梳使我們能夠達到探測這些小行星所需的高精度。」不過，Mahadevan也表示：「探測近紅外波長也具有巨大的技術挑戰。」例如，由於該儀器對紅外線非常敏感，它在室溫下釋放出的熱量會使探測器致盲失效，因此它需要被置於非常低的溫度下工作。HPF的設計宗旨就是克服這些挑戰，並提供對溫度和壓力的高度控制，而這兩者的參數都對儀器的正常運作至關重要。

Penn State天文學和天體物理學資深科學家、HPF的系統工程師Fred Hearty補充道：「無論過去還是現在，在尋找或孕育生命的行星的所有已知手段中，宜居帶行星探測儀都是獲得突破的獨特契機，我們在開發這一工具的過程中所取得的每一項進步都引發並揭示出更深層次、更微妙的挑戰。」最後，Mahadevan將HPF及其激光梳校準儀的成功歸功於一個跨學科、跨機構的HPF研究團隊，而這些研究成果將為近紅外線方面的進一步研究打破壁壘、鋪平道路，從而幫助在生命宜居帶中發現更多的類地行星。」

編譯：Jonathan

審稿：三水

責編：南熙

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