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2019-10-04 16:51:08

在夏威夷安装了近十年的制作系外行星狩猎仪器

在夏威夷休眠火山的顶部,一种极其精致的仪器(旨在帮助科学家们找到遥远的世界)分散在地上数百块。

“想像一下,组装一堆巨大的乐高玩具,除了没有指导书;您曾经做过一次,但随后必须将其拆开,放在小袋子里,”雅各布·宾恩(Jacob Bean)说。芝加哥大学的天文学和天体物理学。“此外,您身高14,000英尺,当空气稀薄时会损害您的判断力和思维能力,因此在这里,您要轮班工作12小时,以搬运沉重的物品,同时还试图组装精致的乐器。”

作为UChicago项目的负责人,这是Bean的任务,该项目负责构建和安装创新的仪器,该仪器将在天空中扫描新的系外行星-其他可能存在生命的太阳系世界。在过去的八年中,Bean和他的团队设计并制造了名为MAROON-X的仪器。今年夏天,他们终于将它附加到位于夏威夷莫纳克亚山顶的双子座天文台的望远镜上。

遥远世界的专家比恩说:“对我的团队来说,调试这个仪器已经花了六个月的时间。”他的研究重点是发现和检查其他太阳系中潜在可居住的行星。“但是在接下来的十年中,我们将学习有关我们从未知道过的可居住世界的知识。这将是真正的变革。”

几十年前,技术的进步使科学家们开始从遥远的太阳系中围绕其他恒星运行的行星上发现非常微弱的信号。有大量发现。目前,美国宇航局列出了4000名已确认的系外行星和数千名候选人。

但是,我们仍然没有可居住表面条件的类似地球的系外行星。关于类地行星的事情,就是为什么很难发现和表征它们,这就是为什么要花费这么长时间的原因。因为这些行星绕着一颗至少比它们亮一百万倍的恒星环绕,所以试图直接寻找它们就像在该国另一边的灯塔旁边看到一个闪电虫。因此,科学家必须根据它们对恒星的影响,找到间接找到它们的方法。

MAROON-X通过注意到一颗系外行星(或两颗,五颗或七颗)在绕其轨道运行时作用于其恒星上的极其微小的引力拖轮来做到这一点。这次拖曳会使恒星仅在其轨道上摆动一点点。但这足以抓住它。

MAROON-X附加在Gemini North望远镜上,将25英尺望远镜收集到的所有光线聚焦到一个像头发一样宽的地方。然后它将光线分成彩虹的不同颜色,并读取每个波段的强度。随着恒星向前或向后移动,灯光的颜色将略有变化。宾恩说:“这有点像星星的雷达炮。”

通过捕捉这种摆动,科学家可以计算出拉动恒星的隐藏行星的质量。

当然,所需的精度令人难以置信。Bean说:“当光线照射到我们的探测器上时,这种变化是人眼无法察觉的。它是像素的千分之一。它接近探测器中硅原子的大小。” “这颗恒星即使对于大型望远镜来说也是昏暗的。我们可以分辨出它是否以与人类步行速度相当的速度(即每秒几英尺)向我们或远离我们移动。”

研究科学家安德烈亚斯·塞法赫特(Andreas Seifahrt)说:“我们正在寻找的变化是如此之小,以至于每天晚上观察之前,我们都必须重新校准该仪器。”

``这真的是爱的努力''

Bean和Seifahrt花了近十年的时间设计和制造MAROON-X。如此精确以至于需要对环境进行精确控制。“即使温度或气压的微小变化也会使读数下降,因此它的建造就像俄罗斯的套娃娃一样-它位于一个真空室中,该真空室本身是隔热的,而一个步入式冰箱内部则将温度保持在千分之一在一定程度上”,比恩说。

一旦他们对仪器的性能感到满意,便开始了艰苦而艰巨的工作,将其从芝加哥运送到夏威夷。“花了八年时间在这台仪器上,然后在装卸台上看着卡车开走,直到两周后,您才能在横跨大洋的山顶上看到它,这真是令人不安。”说过。

来自MAROON-X的第一幅光图像,添加了可让人眼可视化的颜色。仪器从望远镜中分离出光线并读取每个波段的强度,如果恒星上有一颗行星在其引力轨道上拉动行星,那么强度会稍有变化。图片由Andreas Seifahrt提供

但是装有设备的包装箱安全地运到了夏威夷,比恩,塞法赫特和博士后朱利安·斯蒂默(JulianStürmer)和大卫·卡斯珀(David Kasper)在这里组装了乐高玩具。9月23日,MAROON-X进行了官方的初读。

该仪器将与美国宇航局的过渡系外行星调查卫星(TESS)协同工作,以获取候选系外行星的全貌。TESS在行星越过恒星前时寻找光线的暗淡程度,因此科学家们可以找到它的大小。通过将其与MAROON-X的质量数据相结合,您可以计算出系外行星的密度-告诉您是在看岩石行星(如地球)还是气态行星(如木星)。

MAROON-X也将能够检测到来自行星大气的特征,例如其成分和厚度。

宾恩说:“从长远来看,我们希望能够寻找生物特征-只有在生命存在的地方才能存在。” “例如,在地球大气层中,我们只有氧气,因为氧气是由植物放在那里的。这是一个有许多不同部分的难题。”

当他们收集新数据时,比恩希望与包括行星组成专家莱斯利·罗杰斯,多利安·阿伯特和埃德温·凯特,以及裂隙系外行星猎手丹尼尔·法布里奇在内的UChicago同事合作,以将读数转化为对遥远系外行星的预测。同样,不久之后,美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜也将作为哈勃的继任者发射升空,带来更多的成像能力。

除了Bean,Seifahrt,Stürmer和Kasper,UChicago的多代本科生,研究生和博士后研究人员都在MAROON-X上工作。宾恩说:“对我的团队来说,这确实是爱的劳动,现在终于成为现实。这是一个非常激动人心的时刻。”

Seifahrt同意:“用这么小的团队和有限的预算来完成这项工作确实是一项成就。回想起来,这是一件疯狂的事情,但是我们认为这确实将是开拓性的工具。”

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