天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

一颗系外行星围绕一颗红矮星运行的图片

图片来自:L. Hustak和J. Olmsted (太空望远镜科学研究所)

天文学家们找到了一种新方法,可以辨别一个岩质系外行星(与地球最相似的系外行星)是否存在大气层。

在过去十年里,天文学家们发现了许多与地球相似的岩质系外行星,在“宜居带”运行,“宜居带”是恒星周围的区域,温度温和,有可能使液态的水停留于岩质系外行星表面。但与地球不同的是,这些行星中有许多都靠近体积小、温度低,并且活跃的M矮星,M矮星的辐射和恒星风可能会阻止这些行星形成大气层。目前,这些岩质系外行星能否维持大气层是该领域研究的一个主要问题。

天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

该研究的作者、马里兰大学的助理教授伊莱扎·肯普顿(Eliza Kempton)告诉天文在线:“除了我们的太阳系外,我们从未描述过其他岩质行星大气层的特征。这是确定宜居带的岩质行星特征的第一步。”

研究人员建议,在已知的岩质系外行星从母恒星后面经过之前,观察它们,并将光量与单独从恒星上看到的光量进行比较。通过计算恒星与行星之间的距离,可以得知行星接受了多少辐射。通过观测日食前后光的差异,能够看到行星在白天重新辐射多少光。如果行星重新辐射了所有的光,那么它可能没有大气层。但是如果一些光消失了,这就证明大气层重新分配了一些能量到行星的背面,或者大气层散失了能量。研究人员在《天体物理学杂志》(1、2、3、4)上发表了这些方法及其背后的理论。

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也有人曾尝试在系外行星上寻找大气层。去年,由科学家劳拉·克莱德伯格(Laura Kreidberg)带领的一个团队通过观察系外行星LHS 3844b在绕其恒星运行时发出的光,确定它没有大气。但是这个使用新方法的团队想要加快搜索速度。詹姆斯·韦伯太空望远镜有望在2021年发射,它能告诉天文学家更多关于系外行星的信息,而天文学家们肯定会为其宝贵的观测时间展开激烈竞争。因此,这组研究人员致力于设计一种调查方法,使其能够在一次性观测数十颗系外行星时,提供简单的“是或否”回答。

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康奈尔大学的卡尔·萨根研究所所长莉萨·卡特尼格并没有参与这项研究,在发给天文在线的一封电子邮件中,她说:“这种方法不会告诉我们大气中有什么,比如它是否因生命的存在而改变,或者它是否看起来像我们地球的大气层,但它仍然有用。这种方法可以用来区分哪些行星需要更详细地观察。”

肯普顿说,这种方法还有其他局限。宜居带的岩质行星可能含有像粘土这样的由水改变的物质,它们的反光作用会使研究人员误以为那里有大气层。天文学家们不会用这种方法来调查宜居带的行星,或者调查那些希望有生命存在的含水行星。相反,他们将关注离恒星更近的行星。

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不过没关系,研究人员是一步一步来的。肯普顿说:“我们想利用詹姆斯·韦伯太空望远镜,从一个更容易瞄准的目标开始。比宜居温度稍高的行星的特征将更容易描述,可以用更少的观测时间,得到更精确的结果。”天文学家想知道岩石系外行星是否围绕着这些小而寒冷的M矮星运行,是否有大气层。如果它们确实有大气层,那就有理由继续关注宜居带行星。

天文学家的新方法——探索宜居带的类地行星,是否存在大气层?

詹姆斯韦伯太空望远镜将有独特的机会来快速识别哪些系外行星有大气层。希望它能按时发射。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. gizmodo – Ryan F. Mandelbaum- Phy-ray

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