天文學(xué)家們宣布稱，美國宇航局的羅曼天文望遠(yuǎn)鏡任務(wù)——將于21世紀(jì)20年代中葉某時(shí)發(fā)射——被期待能發(fā)現(xiàn)至少10萬個(gè)環(huán)繞其他恒星的外系行星。

對(duì)于藝術(shù)家對(duì)外系行星在它的恒星前凌空而過時(shí)的概念設(shè)想，即將到來的羅曼天文望遠(yuǎn)鏡任務(wù)有望發(fā)現(xiàn)至少10萬個(gè)這樣的新世界。圖像來自于ESA。

自20世紀(jì)90年代以來，天文學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四千多個(gè)外系行星，即環(huán)繞其他恒星的太陽系之外的行星。美國宇航局即將到來的羅曼天文望遠(yuǎn)鏡——以美國宇航員南?！じ窭姿埂ち_曼的名字命名——是下一代天文望遠(yuǎn)鏡的成員之一，將在新世界發(fā)現(xiàn)中扮演重要角色。實(shí)際上，美國太空總署于2021年3月31日宣布，美國宇航局希望這個(gè)將在21世紀(jì)20年代中葉發(fā)射的羅曼望遠(yuǎn)鏡，能夠發(fā)現(xiàn)十萬個(gè)以上的外系行星。

羅曼望遠(yuǎn)鏡要如何做到這一點(diǎn)呢？它將利用兩種不同的方式來探測外系行星：凌星法和微引力透鏡技術(shù)。大多數(shù)望遠(yuǎn)鏡主要只使用一種方法，但利用兩種不同方式的羅曼望遠(yuǎn)鏡——前稱為大視場紅外巡天望遠(yuǎn)鏡——將會(huì)成為發(fā)射出的最高產(chǎn)的行星獵手。

微引力透鏡技術(shù)利用大質(zhì)量物體的引力曲光性效應(yīng)來探測環(huán)繞恒星的行星。它通過監(jiān)測恒星產(chǎn)生的光的微小變化來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)一顆距離較遠(yuǎn)的恒星恰巧對(duì)準(zhǔn)了前景處距離較近的行星時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，科學(xué)家們正在利用這一現(xiàn)象來研究可能存在的行星。近處的恒星會(huì)像透鏡一樣，將來自于遠(yuǎn)處恒星的光彎曲。隨著恒星的運(yùn)動(dòng)，排列方式會(huì)在幾天或幾星期內(nèi)發(fā)生輕微的變化，遠(yuǎn)距離恒星的亮度也會(huì)隨著發(fā)生輕微變化。通過觀察近處目標(biāo)恒星光度的變化模式，天文學(xué)家們可以發(fā)現(xiàn)某些環(huán)繞著它的行星的線索。

藝術(shù)家圖解的南希·格雷斯·羅曼天文望遠(yuǎn)鏡。圖片來自 NASA/ GSFC/?Hubblesite

然而，這種微引力透鏡現(xiàn)象卻并不常發(fā)生，因此，羅曼望遠(yuǎn)鏡也會(huì)利用其他最常見的技術(shù)來搜尋行星，也就是凌星法。新南威爾士大學(xué)的科學(xué)講師本·蒙泰這樣說道：

微引力透鏡現(xiàn)象十分少見并且發(fā)生得很快，所以為了探測它們，你需要重復(fù)多次看很多的恒星并且準(zhǔn)確測量光度的變化。這也同樣正是在尋找凌星行星時(shí)你需要做的事，所以在建立穩(wěn)定的微引力透鏡調(diào)查的同時(shí)，羅曼望遠(yuǎn)鏡也需要進(jìn)行很好的凌星調(diào)查。

大多數(shù)羅曼望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)都應(yīng)該來自于凌星法。蒙泰說，望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該能夠找到10萬個(gè)正在經(jīng)過它們面對(duì)的恒星的行星，甚至更多。蒙泰之前在2017年曾發(fā)表過一篇論文，詳細(xì)說明了羅曼望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該可以完成的事，但那時(shí)它還被稱為大視場紅外巡天望遠(yuǎn)鏡。

從地球上看，在如此凌星的過程中，當(dāng)有行星從其前方經(jīng)過時(shí)，宿主恒星的亮度會(huì)略微變暗。 通過測量光的變化，科學(xué)家可以在一定精確程度上確定一顆行星的大小。 后續(xù)觀察通?？梢詭椭_定行星的質(zhì)量及其軌道的大小。

按理說，比起依靠微引力透鏡技術(shù)，通過凌星法能發(fā)現(xiàn)更多的系外行星，但其實(shí)兩種探測方法是互補(bǔ)的。人們發(fā)現(xiàn)，許多系外行星的公轉(zhuǎn)軌道距離它們的中心天體很近，比如說氣態(tài)巨行星。而凌星法就比較適合用來探測這類行星。相反，微引力透鏡技術(shù)更適合用來探測公轉(zhuǎn)軌道距中心天體更遠(yuǎn)的行星。我們甚至還能通過這種方法探測到"流浪星球"，這類星球基本上就是不被任何恒星引力綁住的星球，它們不繞著恒星公轉(zhuǎn)，只是在茫茫的星際空間中漫無目的地穿梭。科學(xué)家們會(huì)在這兩種探測方法的結(jié)合下，發(fā)現(xiàn)更多不同大小，軌道的系外行星。

哈佛史密森天體物理中心的天體物理學(xué)家Jennifer Yee說：

我們只需要查看已經(jīng)采集微引力透徹?cái)?shù)據(jù)就能檢測到數(shù)千顆凌日行星，這一事實(shí)令人興奮。這是自由科學(xué)。

羅曼望遠(yuǎn)鏡會(huì)發(fā)現(xiàn)什么樣的行星?

其中大部分(約3/4)可能是類似于木星和土星的氣態(tài)巨行星。此外，如天王星和海王星一樣的的冰態(tài)巨行星預(yù)計(jì)也在其中。其余的大部分可能類似迷你海王星，質(zhì)量是地球的4到8倍。迷你海王星比超級(jí)類地行星稍大一點(diǎn)，而超級(jí)類地行星比地球稍大一點(diǎn)，質(zhì)量也更大一點(diǎn)。

比較三個(gè)不同太空望遠(yuǎn)鏡—羅曼望遠(yuǎn)鏡、TESS和開普勒關(guān)于外行行星的探索范圍?？砂l(fā)現(xiàn)，羅曼比之前的觀測項(xiàng)目探索地要更深入。圖像來自于NASA和戈達(dá)德太空飛行中心。

這些星球之中不乏有宜居的星球，這些遙遠(yuǎn)的星球因?yàn)槠鋬?nèi)部低溫才能夠允許水作為液體保留在這些巖石沙礫星球上。

羅曼望遠(yuǎn)鏡將拓展新的太空未知領(lǐng)域并且深入探索我們銀河系從未涉及的角落。它將發(fā)現(xiàn)26000光年外的星球。對(duì)比之下，退役的開普勒望遠(yuǎn)鏡只能研究平均2000光年距離內(nèi)的天體，TESS當(dāng)前專注于尋找離地球150光年左右的星球。

開普勒望遠(yuǎn)鏡和TESS的任務(wù)同地面上的望遠(yuǎn)鏡一樣，它們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了我們銀河系角落中一片廣泛的、五彩繽紛的世界。這些巖石星球有的跟地球一樣大、有的比地球小一點(diǎn)，而氣態(tài)行星又比木星大一點(diǎn)。我想當(dāng)我們通過羅曼望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)新世界的時(shí)候肯定是一片歡天喜地的氛圍。

2017年，新南威爾士州大學(xué)的本?蒙特發(fā)表了一篇關(guān)于羅曼望遠(yuǎn)鏡能達(dá)到何等成就的論文。圖片來自UNSW

羅曼望遠(yuǎn)鏡以南?！じ窭捉z·羅曼（1925-2018）命名，她是NASA第一位首席天文學(xué)家，為日后的太空探索鋪平了道路。她也被尊稱為“哈勃望遠(yuǎn)鏡之母”。NASA首席科學(xué)助理托馬斯·左布臣說過：

南?！じ窭姿埂ち_曼是一位領(lǐng)袖和倡導(dǎo)者，她的獻(xiàn)身精神為NASA認(rèn)真追逐天體物理學(xué)領(lǐng)域并將它帶到一個(gè)新的高度做出來貢獻(xiàn)。她的名字在她所研究和開創(chuàng)的諸多天空領(lǐng)域中值得占有一席之地。

底線：據(jù)天文學(xué)家說，NASA即將上線的羅曼太空望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)有望發(fā)現(xiàn)至少十萬個(gè)圍繞其他恒星飛行的新外系行星。

BY：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處