系外行星探测方法
系外行星探测方法
系外行星是围绕太阳以外恒星运行的行星或行星系统。太阳以外的恒星距离地球都比较远，例如距离地球最近的南门二（被称为比邻星）到地球的距离也达4.22光年，比太阳远27万多倍！因此，探测系外行星很不容易。系外行星的探测方法分为两类：地面观测和空间探测。早期探测都在地面进行，使用的方法是天文观测中常用的方法。
天体测量法 精确测量恒星在天空的位置及观测其位置随时间的变动。如果恒星周围有一颗行星，则行星引力将使恒星在一条微小的圆形轨道上出现移动。利用这种方法，需要观测数年乃至数十年才能得出结果。
视向速度法 此方法与天体测量法相似，即利用恒星在行星引力作用下在一条微小的圆形轨道上的移动。但是，此方法是运用多普勒效应测出恒星在观测者视线方向上的运动速度，测量原理是恒星光谱线的“红移”或“蓝移”（请参见相关链接：《多普勒效应与“红移”》）。这个方法是迄今为止在地面寻找系外行星方面用得最多的一种。
凌日法 当金星或水星从太阳与地球之间穿过，把太阳表面光线挡住，使太阳表面出现一个黑点时，就出现金星凌日或水星凌日现象。同样，系外行星从其母恒星前面穿过，从而遮挡母恒星表面光线时，也会出现“凌日”现象。对这种现象进行观测，就可以发现系外行星的存在。使用“凌日法”可估计行星直径。“凌日法”与“视向速度法”联用，有助于估计行星的真实质量。然而，行星从其母恒星和地球之间穿过时，其光度减弱程度与母恒星及行星大小有关，一般情况下光度减弱都不大，例如HD 209458的光度只下降了1.7%，这样的光度变化很难测量出来。
脉冲计时法 脉冲星是一种旋转速度特别快、具有极其稳定的旋转周期的星。这种星的发现本身就是天文学上的新成果，更何况在它周围发现了围着它旋转的行星，因而这一方法倍受关注。脉冲星是超新星爆发以后留在原地的超高密度的中子星，能发射出极有规律的快速电磁脉冲。这种天体与其他天体一样，转动速度也可受绕其转动的行星影响，因此，通过测量其脉冲的变动，就可以估计其行星性质。与其他方法相比，这个方法灵敏度极高，能测量出只相当于0.1个地球质量的行星和行星系统内彼此之间的引力扰动。用这种方法可以得到有关行星本身、行星轨道等多方面的资料。但由于脉冲星稀少，用这种方法不容易发现大量行星。再者，脉冲星附近有极强的高能辐射，因而它们周围很难有生命存在。
引力微透镜法 引力微透镜是引力透镜的一种。所谓引力透镜，是指远方星球的光线经过大质量天体附近时发生改变，出现类似透镜的放大效应。如果作为透镜的天体拥有行星，行星引力会对透镜现象造成可测量的影响。这个方法对探测位于地球和星系中心之间的行星特别有效，因为星系中心可以提供大量背景星。但这种现象只在两个天体和地球几乎成一直线时才出现，由于地球与星球的相对位置时时刻刻都在改变，所以透镜事件只能维持几天至几周的时间，观测它时还需要精确对准目标！此外，要发现行星造成的引力微透镜现象，需要检测大量背景星。
采用引力透镜法寻找系外行星，首先是由美国普林斯顿大学波兰藉天文学家玻丹?帕琴斯基提出的。2002年，他和安杰依?乌戴斯基等人在光学重力透镜实验方面发展了一套新技术。应用这套技术，他们发现了几颗疑似行星（但未能证实）。4年后，他们用这个方法确认了4颗系外行星。
引力微透镜法是唯一可用来观测围绕主序星公转、质量与地球相近的行星的方法，但由于星球之间的直线排列几乎不能重复出现，所以透镜效果不能重复观测，这是这个方法的显著缺点。此外，用这种方法发现的系外行星往往位于数千光年外，因此它们的观测结果不可能用其他方法重新观测。不过，在有足够背景星和测量精度的情况下，这个方法对于展示星系间地球型系外行星的普遍性是有意义的。目前，这种观测常用机器人望远镜进行。除了美国宇航局和美国国家科学基金会设立的专门机构外，天体物理引力微透镜观测机构还在改进观测技术。引力透镜探测网和相关机构雄心勃勃，它们借助分布于全球的望远镜网络试图做到几乎全天候观测，以便找出与地球质量相近的系外行星。目前，使用这种方法已成功地发现了首个低质量大轨道天体OGLE-2005-BLG-390Lb。
星盘法 很多恒星周围具有尘埃组成的盘。太阳系附近的恒星中，15%以上存在尘埃盘。盘中尘埃吸收星光后，能以红外线形式向外辐射，因此，星盘可以观测。即使尘埃总质量不及地球，但由于它们的表面积总和很大，所以仍可辐射出可观测的红外线。一般认为，这些尘埃由彗星或小行星碰撞而成，由恒星的辐射压将它们推到星际空间，因此尘埃盘是恒星拥有彗星或小行星的间接证据。在一些情况下，尘埃盘还可以直接显示行星存在。有些尘埃盘中有空洞，或者形成了团状，表示那里有行星在“清理”轨道，或尘埃受到行星引力影响。红外线可用地面红外望远镜观测，也可用空间飞行器上的红外望远镜测量。美国宇航局的“哈勃空间望远镜”和“斯皮策太空望远镜”都进行过相关的测量。
直接摄影法 由于行星光线比其母恒星光线暗得多，系外行星一般被其母恒星所掩没，所以系外行星几乎不能被直接发现。但在一些特殊情况下，例如体积特别大（明显大于木星），与其母恒星的距离较大，以及温度较高、能发出强烈红外线的较年轻的系外行星，用现代望远镜也可直接得到其影像。2004年7月，利用欧洲南方天文台的超大望远镜阵，天文学家在智利拍摄到棕矮星2M1207及其行星2M1207b的影像。2005年12月证实，2M1207b是一个系外行星，其质量比木星高几倍，轨道半径在40天文单位以上。现在，用这个方法已拍摄到GQ Lupi b、AB Pictoris b和SCR 1845 b这三个疑似系外行星的天体。
空间探测是近年来发展的一项新技术，由于它避免了地球大气层的干扰，能得到更高灵敏度，比地面观测更有利，因而倍受天文学家青睐。美国宇航局和欧洲空间局为此相继制订了“类地行星搜索者号”（TPF）计划。2006年2月，因为财政限制，美国宇航局宣布无限期搁置这一计划。但仅仅4个月后，美国众议院拨款委员会就恢复了该项目的部分拨款。同年12月27日，欧洲空间局的第一颗探索太阳系外行星的专用卫星“考鲁特”（COROT）升空。该卫星重626千克，长度为4.2米，翼展长度为9米，主要任务是寻找太阳系外与地球类似的行星。这颗卫星上搭载有一部30厘米口径的天文望远镜和两台照相机，能够观测到体积为2～3个地球大小的太阳系外岩石行星。“考鲁特”在地面以上896千米的极轨（即轨道倾角近似90度）上运行，对大约12万颗恒星进行观测和研究，飞行时间在3年以上。在飞行时间内，它还可以探测恒星内部震动波产生的恒星亮度变化，从而帮助天文学家精确计算恒星质量、年龄和化学成分。“考鲁特”的发射，大大加快了系外类地行星的研究步伐。
另一部空间探测器是“开普勒太空望远镜”。它由美国宇航局在2009年3月6日发射，质量为1039千克，口径为95厘米，主镜直径为1.4米。它的光度计提供良好的光度测量，但不能给出清晰的图像。它尾随地球在日心轨道上飞行，这样做的好处是：避开地球的遮蔽，能够持续进行观测；避免引力摄动和地球轨道产生的固有扭矩，能获得更加稳定的观测平台；光度计远离黄道平面，能够稳定地指向天鹅座和天琴座所在天区，避免阳光渗入光度计以及天鹅座被柯伊伯带或小行星带天体所遮蔽。
“开普勒太空望远镜”在空间飞行的过程中，运用“凌日法”对天鹅座和天琴座中大约10万颗恒星进行观测，以寻找类地行星和地外生命迹象。细分其飞行任务，包括6条：在多光谱型的恒星宜居区内或周围测定类地行星和较大行星的数量，以确定或排除存在宜居行星的可能性；测定大小不同的行星的分布和行星的半长轴，以确定不同大小行星的分布及其母恒星的体系特征；评估多恒星体系中行星数量和行星轨道的分布状况；测定短周期巨行星的密度、质量、体积、反照率和半长轴；使用互补技术，测量行星系统中行星数量；探测有行星系统的母恒星的性质与特征。由于反应轮故障，无法设定望远镜方向，“开普勒太空望远镜”搜寻系外行星的任务被迫于2013年5月15日停止。同年8月18日，美国宇航局表示这部太空望远镜无法修复，其主要科学探测任务正式结束。
“开普勒太空望远镜”是当今世界上最先进的系外行星探测器。由于其设计合理，技术先进，它取得的成果也最大，不仅得到了对1000多颗各类系外行星的观测资料，而且获取了宜居行星的知识。尤其是，北京时间2015年7月24日凌晨宣布的最接近地球的行星――“开普勒-452b”让天文学家相信，人类在寻找地外行星的道路上找到了一个重要的里程碑。可以设想，在这个观测的基础上，未来的空间干涉仪（SIM）和“类地行星搜索者号”（TPF）将在类地行星研究中百尺竿头更进一步。
宇宙生命探索其他行星上的生命形式
宇宙生命探索其他行星上的生命形式
在人类的探索历程中，宇宙生命一直是备受关注的话题。虽然目前地球上的生命形式是我们唯一的参照，但科学家们相信，在宇宙的广袤空间中，还可能存在其他行星上的生命形式。本文将探讨宇宙生命探索的相关问题，以及可能存在的其他行星上的生命形式。
1. 宇宙生命探索的背景
宇宙生命探索的背景始于人类对宇宙的探索和对生命的好奇。通过观测和研究，人们逐渐发现了宇宙中的星系、行星以及类似地球的行星。这些行星的存在使科学家们产生了一个大胆的假设：是否有可能在这些行星上寻找到生命的存在？
2. 寻找宇宙其他行星上的生命形式的方法
为了寻找宇宙其他行星上的生命形式，科学家们开展了大量的研究和探索工作。他们主要采用了以下几种方法：
2.1 行星探测器
行星探测器是一种可以在宇宙中探测行星的无人航天飞行器。通过搭载多种科学仪器，行星探测器可以对行星的大气、地表以及其他环境因素进行详尽的观测和分析，从而获取有关行星上是否存在生命的信息。
2.2 外星信号的探测 科学家们一直在尝试捕捉宇宙中的外星信号，这些信号可能是其他文明所发出的，也可能是其他行星上存在的生命形式所发出的。通过分析和解读这些信号，科学家们希望能够获得有关宇宙其他行星上生命的存在与性质的线索。
2.3 行星表面勘探
在某些条件下，科学家们也直接进行行星表面的勘探工作。通过派遣航天员或机器人到行星表面，他们可以直接获取有关行星上是否存在生命的证据，例如化石、微生物等。这种探测方式需要耗费大量资源，目前仍处于发展初期。
3. 其他行星上可能存在的生命形式
虽然关于其他行星上的生命形式的存在与性质还没有确凿的证据，但科学家们根据已有的研究结果，推测了以下几种可能的生命形式：
3.1 类地生命
类地生命是指与地球上的生命形式相似的生命。由于地球上的生命形式适应了地球上的环境，许多科学家认为在类似地球环境的行星上，也有可能存在与地球生物类似的生命形式，例如细菌、藻类等。
天文学新概论
未知驱动探索，专注成就专业
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天文学新概论
引言
天文学是研究天体的运动、性质以及宇宙演化的科学。它是人类认识和理解宇宙的重要工具之一。随着科技的不断进步和观测工具的不断改进，人类对宇宙的认知也不断提高和深化。本文将介绍一些天文学领域的新概念和新进展，帮助读者了解最新的天文学发展动态。
黑洞合并引力波
在天文学中，黑洞被认为是宇宙中最神秘的天体之一。黑洞具有极高的引力，甚至连光都无法逃离其吸引力。过去十年中，天文学家通过使用引力波探测器，成功探测到了黑洞合并的引力波信号。这一发现对天体物理学的研究产生了深远的影响。
引力波是由质量分布变化引起的时空弯曲所产生的扰动。黑洞合并引力波的探测证实了爱因斯坦广义相对论的预测，并且揭示了黑洞合并的一些重要特征。通过观测引力波信号，天文学家能够推断出黑洞的质量、自旋以及合并的过程。这为研究黑洞的形成和演化提供了重要的线索。 未知驱动探索，专注成就专业
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暗能量与暗物质
宇宙的构成物质包括我们可以观测到的普通物质，如星系、星云等，以及我们无法直接观测到的暗能量和暗物质。暗能量是一种推动宇宙加速膨胀的力量，其存在和性质仍然是天文学领域的一个谜。目前，暗能量占据宇宙总能量的约70%。
暗物质是一种与普通物质相互作用非常弱的物质，目前无法直接观测到。然而，观测到的星系和星系团运动表明宇宙中存在着大量的暗物质。暗物质占据宇宙总质量的约27%。
暗能量和暗物质对于宇宙的演化和结构形成有重要影响。天文学家正在利用各种观测手段，如星系引力镜等，来研究暗能量和暗物质的性质，以及它们对宇宙的影响。
太阳系外行星的探测
太阳系外行星，即绕着其他恒星运转的行星，被称为外行星或系外行星。过去二十年中，天文学家通过使用光谱观测、凌星法等方法，成功探测到了大量的太阳系外行星。这一领域的快速发展极大地拓宽了人类对宇宙中行星系统多样性的认识。
太阳系外行星的探测不仅有助于了解行星的形成和演化过程，还为寻找生命存在的可能性提供了线索。目前已经发现了未知驱动探索，专注成就专业
能看40公里的望远镜
能看40公里的望远镜
科学家们认为，虽然在太阳系内没有找到地外生命，却很可能在系外行星（太阳系以外的行星，后同）发现地外生命，他们对韦伯望远镜充满了期待。
美国亚利桑那大学天文学教授克里斯·英佩和行星科学教授丹尼尔·阿佩认为，由于韦伯望远镜（后面简称“韦伯”）能够得到系外行星大气层的光谱资料，从而可以分析出这些大气的特征，或许能够很快发现地外生命的迹象。
观测地外行星大气层只是韦伯望远镜的副业
韦伯望远镜研制了25年，花费100亿美元，是史上迄今为止最贵最高级的空间望远镜，没有之一。这台望远镜的主要任务很高大上，就是希望看到宇宙大爆炸的起点，也就是138亿光年的宇宙。
科学观测和研究已经得到了宇宙大爆炸的最重要证据~宇宙微波背景辐射，被认为是宇宙大爆炸发出的第一缕光留下的余烬，是宇宙大爆炸最初始状态残留。韦伯望远镜就要将这缕光调查清楚，还原大爆炸的初始状态。
因此，韦伯望远镜配备了高度灵敏的红外线传感器、光谱器等。与哈勃望远镜最大的不同，就是能够在比可见光更长波段的红外线波段观测，由于红外线能够穿透宇宙尘埃，加上主镜直径是哈勃望远镜（后面简称“哈勃”）的2.7倍，采光面积是哈勃的6.5倍，因此韦伯的观测能力是哈勃的100倍。 这个能力有多厉害呢？有人比喻可以清晰地辨认40公里以外的一枚硬币。这个比喻当然并不很严谨，如果说韦伯比哈勃强100倍的话，那么难道哈勃就只能看清400米远的一枚硬币？
韦伯发射后在太空已经受到6次微陨石撞击，其中最后一次被认为超出设计忍受的撞击预期，人们很担心将会影响观测和图像。但北京时间7月12公布出来的图像依然让人惊艳，与哈勃极端深空视场，简称哈勃极深场图片对比，差距立现。
据称，一粒沙粒放在指尖手臂伸直遮挡的这样一小块天区，韦伯就拍摄出了上千个星系，最远的星系距离我们135亿光年；而哈勃原先同位置拍摄的天区星系则少了许多，且清晰度完全不是一个量级。这让许多天文学家们欣喜若狂，更多的宇宙之谜将要揭开。难怪美国总统都等不及原定发布时间，而提前一天举行了发布会，正副总统罕见的同时出席。发布的那些比哈勃清晰度高出很多的图片，让大家悬着的心放了下来，100多亿美元总算没有白白扔掉。
径向速度法
用径向速度法发现的比邻星b的印象图。图片版权：ESO/M.
Kornmesser
当涉及到这些间接方法时，最流行和最有效的方法之一是径向速度法——也称为多普勒光谱法。这种方法依赖于观察光谱中的恒星来寻找“摆动”的迹象，在那里，恒星被发现正从地球向外移动。这一运动是由行星的存在引起的，它们对各自的太阳施加了引力。从本质上讲，径向速度的方法不在于寻找行星本身的迹象，而在于观察一颗恒星的运动迹象。这是通过使用一个光谱来测量恒星的谱线由于多普勒效应而移位的方式，即恒星的光是如何向光谱(红移/蓝移)的方！ 描述径向速度的(也就是多普勒频移)方法。图片版权：Las Cumbres
Observatory
这些变化表明恒星正在远离(红移)或转向(蓝移)地球。根据恒星的速度，天文学家可以确定行星或行星系统的存在。然而，恒星在其质心周围移动的速度，比行星要小得多，但却可以用今天的光谱仪来测量。在2012年之前，这种方法是探测系外行星最有效的方法，但后来被传输光度法取代。尽管如此，它仍然是一种非常有效的方法，而且常常与过境法结合在一起，以证实系外行星的存在，并限制它们的大小和质量。
优点： 径向速度法是第一个成功的系外行星探测方法，并且在附近(Proxima
b和trappist – 1的7个行星)和遥远的恒星系统(corot – 7c)中发现了外行星的成功率很高。它的主要优点之一是它允许直接测量行星轨道的偏心度。径向速度信号是距离独立的，但需要一个高的信号-噪声比光谱来达到高精确度。因此，它通常用于寻找距离地球160光年范围内的恒星周围的低质量行星，但仍能探测到几千光年之外的气态巨行星。
径向速度技术能够探测到低质量恒星周围的行星，如m型(红矮星)。这是因为低质量的恒星更容易受到行星引力的影响，因为这样的恒星通常自转更慢(导致更清晰的谱线)。这使得径向速度方法非常有用，有两个原因。首先m型恒星是宇宙中最常见的恒星，在螺旋星系中占70%，椭圆星系中有90%的恒星。第二，最近的研究表明，低质量的m型恒星是最有可能找到陆地(即岩石)行星的地方。因此，径向速度法非常适合研究类似地球的行星，它们绕着红矮星的轨道运行(在它们各自的可居住区域内)。
《星海求知：天文学的奥秘》期末考试及答案
《星海求知：天文学的奥秘》期末考试及答案
《星海求知：天文学的奥秘》期末考试及答案
一、单选题（题数：50，共50.0 分）
1、各种寻找系外行星的方法中，“产量”最多的是（）。
A、视向速度法
B、凌星法
C、直接成像法
D、不清楚
正确答案： B
2、银河系的中心方向主要位于哪个星座？（）
A、天琴
B、天鹰
C、人马
D、天蝎
正确答案： C
3、开普勒探测器使用的搜寻系外行星的方法是（）。
A、视向速度法
B、凌星法
C、直接成像法
D、微透镜法
正确答案： B
4、黑洞、白洞和虫洞当中，目前可以视为已经有观测证据的是()。
A、黑洞
B、白洞
C、虫洞
D、都没有
正确答案： A
5、上弦月相对于朔月的日月角距变化了（）度。
A、45 B、90
C、180
D、270
正确答案： B
6、“三起源”不包括（）的起源问题。
A、宇宙
B、天体
C、生命
D、人类
正确答案： D
7、“不同历史时期宇宙膨胀速度不同”，这里“不同历史时期”相比于现代，几乎不会考虑（）时期。
A、137亿年前
B、50亿年前
C、10亿年前
D、旧石器时代
正确答案： D
8、由于岁差原因，现在的黄道春分点已经位于（）星座的位置。
A、白羊
B、金牛
C、双鱼
D、宝瓶
正确答案： C
9、以下现象，不是由太阳活动导致的是（）。
A、日冕物质喷射
B、极光
C、黑子
D、太阳周年视运动
正确答案： D
10、太阳系前五大卫星当中，质量与其所属行星质量最接近的是：（）
A、木卫三
B、月球
C、土卫六
D、木卫四
正确答案： B
11、宇宙标准模型中，时间是宇宙创生的（）秒之后开始的。
A、10^(-4)
B、10^(-10)
C、10^(-36)
D、10^(-44)
正确答案： A
12、人类目前认识到的全部的宇宙物质，占全部宇宙物质的份额接近（）。
A、.05
B、.25
C、.5
D、1
正确答案： A
开普勒效应的原理与应用
开普勒效应的原理与应用
一、什么是开普勒效应？
开普勒效应是由德国天文学家约翰内斯·开普勒于17世纪初发现并提出的一项重要天文现象。该效应描述了行星围绕太阳运动的规律，进一步揭示了行星运动的本质和规律。
二、开普勒效应的原理
开普勒效应的原理可以归结为以下两个方面：
1. 第一定律：行星轨道是椭圆形的，并且太阳位于椭圆的一个焦点上。
– 行星在轨道上的运动并非圆形，而是椭圆形。
– 太阳位于椭圆的一个焦点上，而不是椭圆的中心。
2. 第二定律：行星与太阳之间的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
– 行星在轨道上的运动速度是变化的。
– 当行星离太阳较远时，行星运动速度较慢；当行星靠近太阳时，运动速度加快。
三、开普勒效应的应用
开普勒效应在天文学研究和其他领域中有许多重要的应用，下面列举了其中几个重要的应用：
1. 行星运动预测
– 利用开普勒效应的规律，科学家可以预测和计算行星在轨道上的位置和速度。
– 这对于天文学家来说非常重要，能够帮助他们精确观测行星的位置和轨迹。
– 同时，还可以预测未来的行星位置，并进行后续观测和研究。
2. 恒星质量测量
– 开普勒效应可用于测量恒星和行星之间的相互作用。
– 当行星绕恒星运动时，它的引力会对恒星产生扰动，使恒星的位置产生微小的变化。
– 通过观测恒星的光谱，并测量其中的频率移动，可以推断出恒星的质量。
3. 寻找太阳系外行星
– 利用开普勒效应的原理，科学家可以探测到太阳系外的行星存在。 – 当行星绕绕圆恒星运动时，产生微小的频率变化，这可以通过观测到的星光频谱上的周期性变化来检测。
– 这为研究和发现太阳系外行星提供了重要的工具和方法。
4. 量子力学研究
– 开普勒效应的运动规律也在量子力学研究中有着广泛的应用。
– 量子力学描述了微观领域的粒子运动行为，其中的波粒二象性也符合开普勒效应的规律。
– 通过研究和应用开普勒效应的原理，科学家可以更好地理解量子力学的基本原理和行为。
太阳系其他行星的探索和可能性
太阳系其他行星的探索和可能性
太阳系是我们所在的宇宙家园，除了拥有8颗主行星和5颗矮星体外，还有许多行星和卫星呈现在我们的视野之中。然而，随着人类科技的不断进步，对太阳系其他行星的探索也越来越深入。本文将围绕太阳系其他行星的探索和可能性展开。
一、金星的表面和大气层
金星是我们太阳系中最接近地球的行星之一，也是我们所知的最像地球的行星。金星与地球的相似之处不仅体现在它的大小和质地上，还体现在它的大气层和地形上。
然而，尽管金星与地球相似，但它的大气层非常严峻，由于它与太阳之间的距离比地球近，导致金星温度高达500℃以上，空气中充满的是二氧化碳和硫酸甚至腐蚀力极强的硫酸雾，这使得金星表面的探索变得异常困难。
目前，金星已经有多次的探测，由此我们得以了解到了它的表面和大气层情况，但我们对它的了解程度仍然非常有限。未来，科学家将会使用更加先进的探测器和更为精确的探测方法来对金星进行深入探测，以更好地了解该行星的物理特性和化学组成。
二、火星的水资源
从地球出发，我们所到达最近的行星就是火星。同样地，在过去的几十年中，我们已经对火星进行了数次探测。之前的每一次探测都使我们对火星有了新的认识和更多的疑问。
关于火星上是否存在水，这是一个备受关注和争议的话题。在过去的探测中，火星勘测轨道飞行器对火星表面的瞄准雷达和MAVEN探测器检测到了 Mars 上的大量水分。但另一方面，我们还没有发现火星表面上类似河流、湖泊的水体，并且相对较高的温度和低气压可能使水以大气态的形态存在于 Mars 的大气层中。
未来的科学家将继续尝试在 Mars 上发现水体的存在，以及寻找可能存在的生命基础条件。此外，我们还可以尝试利用 Mars 表面上已知的冰层，以解决人类未来生存的水资源问题。
三、木星和土星的空间环境
木星和土星是太阳系最大的气态行星。由于它们的体积和质量已经超出了固态行星的范畴，其物理特性也与我们熟知的行星完全不同。例如，它们的大气层是由氢、氦和微量的元素组成，且充满了巨大的气旋和漂浮着无数气体云团。
新系外行星探测项目开始寻找超级地球
新系外行星探测项目开始寻找超级地球
美国宇航局（nasa）的开普勒太空望远镜已经继续在其他世界寻找行星，其指向设备在2013年发生故障。本月月初发布的开普勒项目新指南包含了超过4000个系外行星候选者。
但使用地面观测设备的天文学家并没有保持沉默。一个来自欧洲科研机构的研究小组近日宣布，位于智利的行星探测设备——下一代经纬仪测量仪（ngts）已接收到第一缕光线。他们希望ngts能揭示超级地球的世界。这里包含着大小介于小型岩态行星和气体巨星之间的不常见星体，而太阳系中不存在这种天体。“这是最有趣的行星之一。”该项目负责人之一、英国华威大学天文学家peterwheatley说。
系外行星很难被直接观测到，原因是它们非常模糊，并且母恒星过于明亮。因此，天文学家必须寻找其他观测方法。开普勒和ngts都通过轨道运行寻找这些天体：如果该行星的轨道能被顺利定向，它将定期在母恒星前面通过，导致该恒星的亮度发生变化。天文学家使用一个名为测光计的设备——它能非常精确地测量亮度——能探测到这些光斑，例如它们的持续时间和频率，从而推断出它们的大小和轨道。
由于地球大气层的模糊效应，之前陆基望远镜进行的经纬仪测量只能发现木星尺寸或更大的行星。而开普勒项目能辨别出有长运行轨道和小尺寸的行星，即地球大小或更小的行星。而ngts的目的是填补上述两者间的空白，主要寻找直径约为地球—超级地球直径2~8倍到系外海王星大小的行星。 立足欧洲南方天文台（eso）帕拉纳尔天文台的ngts是一个由12架望远镜组成的阵列，每架望远镜有一个20厘米的镜面。该设备由英国财团、瑞士大学和德国航空航天中心（dlr）联合建设。尽管ngts并非eso的一部分，但天文学家都可以使用eso位于智利的大型望远镜——包括甚大望远镜和即将建成的极大望远镜，对ngts发现的任何有趣行星进行详细追踪。
国际主要系外行星探测项目介绍Ⅰ
DOI:10.19392/ki.1671-7341.201819116
国际主要系外行星探测项目介绍I
李 静 闫正洲
西华师范大学物理与空间科学学院 四川南充 637000
摘 要:随着系外行星探测方法的日益成熟,系外行星探测取得了重要进展。利用多种探测方法,目前发现了3610颗系外行星。本文将对目前国际上采用速度法、凌日法的系外行星探测项目做简要介绍,主要包括其目标、设备、意义、主要成就及最新进展。在后续的文章中我们将继续介绍利用直接成像法和天体测量法方法的系外行星探测项目。关键词:天体物理学;系外行星;探测方法1绪论系外行星的探测和研究是目前国际天文学领域的研究热点之一。早在1995年,Mayor和Queloz就采用视向速度法在飞马座51附近发现了第一颗围绕主序恒星运动的木星质量级的系外行星飞马座51b。截止到2017年5月14日,已确认发现3610颗系外行星。[1]美国宇航局(NASA)、欧洲航天局(ESA)、欧洲南方天文台(ESO)等机构连续密集地部署了多个系外行星探测计划。如NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)项目、开普勒(kepler)项目,ESO的欧洲超大望远镜(E-ELT)、等探测任务。通过搜索位于宜居带内接近地球质量的岩质行星,获取来自类地行星的光谱,分析其大气组成,可获知其是否有生命的存在。若能探测到系外生命,这意味着地球不是唯一存在啊生命的星球,这将是人类认识史上的一大突破,将为整个人类社会开启一片崭新的天地。2利用径向速度法探测系外行星的项目介绍径向速度法是通过搜寻系外行星所在的恒星母星相对地球视向速度方向发生相对运动时,行星受其影响所产生的微小波动,也叫做“多普勒效应法”。自动行星仪(AutomatedPlanetFinder)由NASA资助,位于汉密尔顿山。是一个2.4米的全自动望远镜并配备了高分辨率的光谱仪。探测目标是质量为地球质量5到20倍的行星(这类行星很可能有水,是岩质行星,并且具有大气层)。望远镜将在100光年范围内瞄准附近的恒星,并在6个月(5月至10月)内每天晚上进行观察,探测类地行星,寻找来自智能文明的信号。[2]欧洲超大望远镜(E-ELT),直径39米,是世界上最大的光学/近红外望远镜,也是现存最大的天文项目,被誉为“世界上最大的眼睛”。它将建在智利北部,目前正在建设当中。该项目获得第一束光的目标是2024。它将解决我们这个时代最大的科学挑战,是现代观测天文学的圣杯之一。它的目标是在宜居带内寻找其他恒星周围的类地行星。[3]系外岩质行星稳定光谱观测阶梯光谱仪(Espresso)是一种超级稳定的光学高分辨率光谱仪,旨在提供高精度的径向速度(RV)测量。该设施将安装在VLT的地下联合实验室(CCL),与迄今为止所建的其他仪器不同的是,它将从四个镜筒中获得光,然后将四个单位望远镜(UT)的光输入到摄谱仪中。由于Espresso将从四个镜筒中获得光,因此它具有更灵活的观察时间。Espresso的主要科学目标是:(1)测量岩石行星的高精度径向速度;(2)度量物理常数变化;(3)分析附近星系中的恒星化学成分。目前该仪器正处于为期三个月的欧洲初步验收阶段,预计将于2017年6月送往智利帕拉纳尔天文台(ObservatoryofParanal)进行安装。[4]太阳系外行星追踪(ExoplanetTracker)项目,简称ET,是一种新型的相对多普勒径向速度(RV)仪。包括一个广角的迈克尔逊干涉仪和一个中分辨率光谱仪。ET在2008年9月对大约11000颗附近的恒星进行了大规模观测。过去十年寻找系外行星的数量大约是3000颗恒星。MARVELS的主要目标是提供最大的同质巨行星样本,以揭示巨型系外行星的多样性,以及巨型行星系统的形成、迁移和演化的模型。[5]HARPS-N摄谱仪是一种高精度的无线电测速仪,类似于智利的3.6米ESO望远镜上的竖琴。它将安装在北半球拉帕尔马岛(加那利群岛),以便与美国宇航局的开普勒任务协同工作。HARPS-N的主要科学依据是通过结合瞬变和多普勒测量来描述和发现类地行星。仪器已于2012年8月正式投入使用。[6]霍比-埃伯利望远镜(HET)是世界上最大的光学望远镜之一,其有效孔径为10米,有78平方米,六角镜阵列由91个部分组成。它的设计是革命性的。它有一个固定的55o旋转方位角,可以从麦克唐纳天文台看到81%的天空。HET的设计和构造有一个独特的目标:以极低的成本收集大量的光。[7]3利用凌日法探测系外行星的项目介绍凌日法是观察恒星亮度在有行星横穿或路经其表面时发生的细微变化。Evryscope是一个望远镜组,设在拉古纳山天文台(MLO),目前正在建设中。它每隔2分钟监测一个重叠的8000平方米的视场,可以同时连续地指向可访问天空的每一部分,形成一个千兆像素级的望远镜。目前的系外行星调查仅限于100至1000平方米的视场,而Evryscope的视野则要大得多。Evryscope还在搜索记录日蚀的时序变化,以探测到在凌日系外行星和重叠双星系统中的非过渡物体。Evryscope的极大地视野还可以用于搜索和描述邻近恒星附近罕见的微引力透镜事件。[8]匈牙利自动化望远镜网络(HATNetwork)由7个小型望远镜组成,用于探测凌日系外行星。5个小型望远镜位于美国亚利桑那州威普尔天文台,2个位于美国夏威夷的MaunaKea天文台。经度的大分离使我们能够在24小时内连续地监测天空,从而降低了因观测中断而产生的假性信号。自2003年以来,HATNetwork已经发现了60颗余系外行星。南凯尔特人(KELTSouth)是南非的一个机器人望远镜,其核心科学目标是探寻明亮的恒星凌日行星。KELTSouth由范德比尔特大学和南非天文台合作运作。它坐落在南非萨瑟兰的一幢大楼里,并有自动系统来测量天气,如果天气好的话,电脑就会打开建筑物的屋顶,望远镜也会指向向天空,收集观测到的所有行星的信息。该望远镜自2009年开始运行。由于要建立足够的观测来可靠地探测到一个短暂的行星的微小信号,必须观察至少3年才能开始在所获数据中寻找过渡。这个过程从2012年春季开始,目前正在进行中。北凯尔特人(KELTNorth)是通过对系外行星的光度测量北部天空中一些最亮的恒星周围寻找热木星的广角搜索。该调查工作由俄亥俄州立大学和范德比尔特大学联合开展,观测设施位于亚利桑那州的Winer天文台。该望远镜于2004年在Winer安装,科学观测始于2005年。KELT已宣布发现的行星有:KELT-1b、KELT-2Ab、KELT-3b、KELT-6b。多地点的全天空照相机(MASCARA)项目,包括两组摄像机,分别位于北半球的LaPalma天文台,位于西班牙的加那利群岛和南半球的ESO的智利北部LaSilla天文台。它的主要目的是找到最亮的凌日系外行星系统。为了让MASCARA监视着夜空中最亮的星星周围的行星,每个MASCARA组都配有5个摄像头。MASCARA有望为未来的太阳系外行星提供最明亮的目标。LaPalma天文台的摄像机自2015年初开始运作,而LaSilla天文台于2016年10月开始运作。(下转第135页)
系外行星的探测方法
系外行星的探测方法
探测系外行星的方法通常可以分为以下几种：
1. 径向速度法（Radial Velocity Method）：利用行星的引力对其围绕星体运动的影响，观测到行星轨道周期性的径向速度变化。这种方法通过测量恒星光谱中多普勒频移的变化来确定行星的存在与性质。该方法对较大的行星较为敏感，但对于地球质量相似的小型行星探测能力较弱。
2. 凌星法（Transit Method）：观测行星经过恒星前方的掠星现象，即行星从地球观测者的角度上看伴随恒星的亮度下降。通过记录这种周期性减光事件，可以确定行星的存在、轨道周期、大小和密度等信息。该方法对地球大小的行星较为敏感。
3. 微引力透镜法（Microlensing Method）：利用质量较大的天体（如行星、恒星）在其背后的空间曲率，使光经过时发生微弱的引力透镜效应。通过观测到背景恒星亮度的瞬时增强来推断有无行星存在。
4. 直接成像法（Direct Imaging Method）：尝试直接拍摄行星本身的图像。该方法对于距离恒星较远、亮度适中的行星相对较为有效。然而，由于恒星的亮度远远超过行星，而且行星通常位于恒星附近，所以这种直接成像变得非常有挑战性。
除上述方法外，还有一些辅助的探测方法，如激光频率振荡法（Laser Frequency
Comb）和早期宇宙背景辐射法等。这些方法在探测系外行星方面提供了额外的信息和技术支持。