美国宇航局的罗马望远镜怎样通过测量太空尘埃来帮助寻找类地行星

插图显示了黄道带尘埃怎样散射阳光,产生眩光,难以从远处看到行星。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

一组科学家发现,美国宇航局的南希·格雷斯·罗马太空望远镜将能够测量散落在附近数十个行星系统的可居住区域或恒星周围温度足够温和以至于液态水可以聚集在世界上的区域的特定类型的太空尘埃’表面。 找出这些系统包含多少这种物质将有助于天文学家更多地了解岩石行星是怎样形成的,并指导未来任务对宜居世界的搜索。

在我们自己的太阳系中,黄道带尘埃——主要由碰撞小行星和破碎彗星留下的小岩石颗粒——从太阳附近跨越到火星和木星之间的小行星带。 从远处看,它是太阳系中仅次于太阳的最亮的东西。 在其他行星系统中,它被称为外黄道尘埃,它会产生一层薄雾,使我们无法看到行星,因为它会散射来自主恒星的光。

“如果我们在一颗特定恒星周围没有发现太多这种尘埃,这意味着未来的任务将能够相对容易地看到潜在的行星,”图森亚利桑那大学天文学助理教授伊万·道格拉斯说。描述结果的论文的作者。 “但如果我们确实找到了这种尘埃,我们就可以研究它并了解它的来源,比如这些系统中的彗星和小行星,以及看不见的行星对其亮度和分布的影响。这是一个胜利——为科学取胜。”

寻找外星尘只是其中之一 example Roman 的 Coronagraph 仪器可能在其 18 个月的技术演示阶段之后的有希望的潜在科学用途。 该团队的研究结果发表在太平洋天文学会的出版物上。


这张照片中天空中的明亮雾霾来自黄道带尘埃,它们是主要由小行星和彗星产生的微小碎片。 这种尘埃非常有效地散射阳光,从远处看,它是我们太阳系中仅次于太阳的第二亮物体。 外生道尘埃——与其他行星系统中的同类碎片——被证明是一个有趣的研究目标,但也为寻找系外行星提供了重要障碍。 Roman 将测量外星尘,以指导未来的行星搜寻工作并了解行星的形成。 学分:鲁斯兰·梅尔兹利亚科夫

看不见的行星的提示

通过研究外生道尘埃,天文学家可以找到其他行星系统的线索。 碎片的数量暗示了彗星的活动,因为更多的彗星应该会产生更多的尘埃。 看到尘埃的分布模式可以提供关于轨道行星的提示,这些行星可以利用它们的重力雕刻碎片并在物质中雕刻出路径。

“没有人对外生道尘埃了解太多,因为它是如此 close 南加州 NASA 喷气推进实验室的 Roman 项目副科学家、该论文的合著者 Bertrand Mennesson 说,它通常会消失在强光中,因此很难观察到它的主星。“我们不是确定罗曼会在这些其他行星系统中发现什么,但我们很高兴最终拥有一个能够探索其可居住区这一方面的天文台。”

罗曼可以使用它的日冕仪来阻挡主星的光,并对系统尘埃反射的光进行灵敏的测量,这种光与我们肉眼可以看到的光相同。 地面望远镜很难进行这样的观测,因为它们必须穿过地球湍流的大气层。 “很难阻挡一颗闪烁的星星,”道格拉斯说。

“罗马日冕仪配备了特殊的传感器和可变形的镜子,可以实时主动测量和减去星光,”巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家、该论文的合著者约翰·德贝斯说。 “这将有助于提供非常高的对比度,比哈勃的被动日冕仪提供的要好一百倍,我们需要发现绕轨道运行的温暖尘埃 close 给主星。”

这部动画从我们的太阳系拉远,展示了从远处看被黄道尘埃散射的阳光是怎样比行星更亮的。 其他行星系统中的同一种尘埃,称为外生道尘埃,会产生类似的雾霾,这使得探测轨道世界变得具有挑战性。 图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

未来任务的探路者

虽然其他天文台,如哈勃太空望远镜,已经观察到远离它们的主恒星的冷碎片盘——它们离恒星的距离比海王星离太阳的距离更远——但没有人能够在宜居带区域拍摄到温暖的尘埃。 虽然之前的 NASA 项目已经对宜居带的外生道尘埃进行了初步测量,但由于其先进的高对比度日冕仪及其在太空中的稳定位置,Roman 的图像将更加敏感。 绕着拉格朗日点 2 (L2) 绕地球一百万英里运行,而不是像哈勃那样在低地球轨道上运行,这意味着我们的星球不会呈现出如此具有挑战性的环境来进行这些观测。

对靠近宿主恒星的温暖碎片进行成像很重要,因为它由与外部尘埃盘不同的材料组成。 靠近主星,岩石颗粒支配着尘埃; 更远的地方,它主要由冰冷的颗粒组成。 每个区域的碎片是由不同的过程产生的,因此研究外黄道尘埃的化学性质提供了天文学家通过观察其他恒星周围的外部区域无法获得的信息。

“通过寻找这种尘埃,我们可以了解形成行星系统的过程,同时为未来旨在对宜居带行星成像的任务提供重要信息,”德贝斯说。 “通过找出有多少外黄道尘埃阻碍附近系统中可能的行星,我们可以知道未来需要多大的望远镜才能看穿它。罗马日冕仪的观测可以为搜索提供一个关键的垫脚石对于地球类似物。”