詹姆斯·韦伯太空望远镜首次拍摄遥远世界的直接图像

詹姆斯·韦伯太空望远镜首次拍摄遥远世界的直接图像

编者按:这篇文章重点介绍了韦伯科学进展的图片,这些图像尚未通过同行评议。 天文学家首次使用NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄系外行星的直接图像。这颗系外行星是一颗气态巨行星,这意味着它没有岩石表面,不适合居住。 通过四个不同的滤光器看到的这幅图像,展示了韦伯强大的红外探测能力如何轻松捕捉太阳系以外的世界,为未来的观测指明了方向,这些观测将揭示更多系外行星的信息。 这张图像显示了系外行星HIP 65426 b在不同的红外波段,如詹姆斯·韦伯太空望远镜所见:紫色显示NIRCam仪器在3.00微米处的视图,蓝色显示NIRCam仪器4.44微米处的视图,黄色显示MIRI仪器11.4微米处的视图,红色显示了MIRI仪器15.5微米处的MIRI仪器视图。由于不同的韦伯仪器捕获光的方式,这些图像看起来不同。每台仪器中都有一组被称为日冕仪的遮罩,它可以挡住主星的光,以便可以看到这颗行星。每张图像中的小白星标记了主恒星HIP 65426的位置,该位置已通过日冕图和图像处理减去。NIRCam图像中的条形是望远镜光学系统的伪影,而不是场景中的物体。 (未标记版本)来源:NASA/ESA/CSA, A Carter (UCSC), the ERS 1386 team, and A. Pagan (STScI). “这是一个变革性的时刻,不仅对韦伯,对整个天文学来说也是如此。”英国埃克塞特大学物理学和天文学副教授萨沙·辛克利说。辛克利他在一项大型国际合作中领导了这些观测。韦伯是由NASA与其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和CSA(加拿大航天局)共同领导的一项国际任务。 韦伯照片中的系外行星,称为HIP 65426 b,质量约为木星的6至12倍,这些观测结果有助于进一步缩小其质量范围。就行星而言,它还很年轻——大约1500万到2000万年,相比之下,我们的地球已经有45亿年的历史。 2017年,天文学家利用欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜上的SPHERE仪器发现了这颗行星,并利用短红外波长的光对其进行了拍摄。韦伯在更长红外波长下的观察,揭示了地面望远镜由于地球大气层固有的红外辉光而无法探测到的新细节。 研究人员一直在分析来自这些观察的数据,并正在准备一篇论文,提交给期刊进行同行评议。但韦伯首次捕捉到的系外行星已经暗示了未来研究遥远世界的可能性。 由于HIP 65426 b离其主星的距离是地球离太阳的距离的100倍,它与恒星之间的距离足以让韦伯轻易地将行星与图像中的恒星分开。 韦伯的近红外相机(NIRCam)和中红外仪器(MIRI)都配备了日冕仪,这是一组遮住星光的微型面罩,使韦伯能够直接拍摄某些系外行星的图像,比如这颗系外行星。NASA的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜计划在本十年晚些时候发射,将展示一个更先进的日冕仪。 辛克利说:“韦伯日冕仪能够很好地抑制主恒星的光线,这真是令人印象深刻。” 直接拍摄系外行星的图像很有挑战性,因为恒星比行星亮得多。HIP 65426 b行星在近红外波段比它的主星暗10,000多倍,在中红外波段比主星暗数千倍。 在每张滤镜图像中,这颗行星看起来是一个形状略有不同的光点。这是因为韦伯光学系统的特殊性,以及它通过不同的光学系统来转换光线。 “获得这张照片感觉就像在挖掘太空宝藏。”负责图像分析的加州大学圣克鲁兹分校博士后研究员阿伦·卡特说。 “起一开始,我只能看到恒星发出的光,但经过仔细的图像处理,我能够去除这些光,发现这颗行星。” 虽然这不是第一张从太空拍摄的系外行星直接图像——哈勃太空望远镜之前已经捕获了直接的系外行星图像——但HIP 65426 b韦伯探索系外行星指明了方向。 “我认为最令人兴奋的是,我们才刚刚开始,”卡特说。“未来将会有更多的系外行星图像,这些图像将塑造我们对它们的物理、化学和形成的整体理解。我们甚至还可能发现以前未知的行星。” 参考来源: https://blogs.nasa.gov/webb/2022/09/01/nasas-webb-takes-its-first-ever-direct-image-of-distant-world/

哈勃首次发现宜居带的系外行星上有水蒸气

哈勃首次发现宜居带的系外行星上有水蒸气

这幅概念图显示了行星K2-18b、其主恒星、以及这个系统中其他的行星。K2-18b是目前唯一已知存在水且温度适宜(使生命得以存在)的系外超级地球(super-Earth,即开普勒发现的质量位于地球与海王星之间的系外行星)。伦敦大学学院的研究员使用了哈勃太空望远镜2016年和2017年的档案数据,开发了开源算法来分析穿过K2-18b大气的星光。研究结果揭示了水蒸气的分子特征,也表明了行星大气中氢和氦的存在。 Credits: ESA/Hubble, M. Kornmesser 这颗遥远的行星被称为K2-18b,它的大小和表面重力比地球大得多,它的辐射环境可能很恶劣,但是它引起了全世界科学家的兴趣。这是研究人员第一次在太阳系外、宜居带(habitable zone)内的行星大气层中探测到水蒸气的特征。 英国伦敦大学学院空间化学数据中心的天文学家利用哈勃的数据,发现了系外行星K2-18b上的水蒸气,它位于距离我们大约110光年远狮子座,绕行一颗小红矮星(red dwarf)。如果通过进一步的研究证实,这将是唯一已知的满足这两点的系外行星:(1)大气中有水;(2)温度可以维持岩石表面有液态水。只有对于类地行星(terrestrial planet),液态水的存在才有可能,像小号海王星那样的气体行星是不行的。 鉴于这颗红矮星的高活动性,K2-18b可能会暴露于更高能量的辐射,因此上面的环境可能比我们所预期的更恶劣。这颗行星由NASA的开普勒太空望远镜在于2015年发现,其质量是地球的八倍,这意味着这个星球上的表面重力将明显高于我们的地球。 根据哈勃的数据,科学家在主星宜居带内的系外行星大气中探测到水蒸气。K2-18b是地球质量的八倍,是唯一围绕太阳系外的恒星运行(即系外行星,exoplanet)、且具有可以支持生命的水和温度的行星。 Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center 该论文发表在《自然-天文学》(Nature Astronomy)上。作者认为其他分子,包括氮和甲烷,可能存在,但目前的观测结果无法检测到。此外,需要进一步研究来估算云覆盖率和含水大气的百分比。另一个使用哈勃数据的科学家团队已将论文提交《天文期刊》(The Astronomical Journal)。 K2-18b是数百个超级地球之一。预计NASA的TESS任务将在未来几年内探测到数百个新的超级地球。下一代太空望远镜,包括詹姆斯韦伯太空望远镜,将能够更详细地描绘系外行星大气。 参考 https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-hubble-finds-water-vapor-on-habitable-zone-exoplanet-for-1st-time/

TESS上演“帽子戏法”:发现3颗大小特殊的系外行星

TESS上演“帽子戏法”:发现3颗大小特殊的系外行星

美国航空航天局(NASA)最新的行星猎手,凌星系外行星巡天卫星“苔丝”(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS),发现了一个全新的三行星世界:其中一颗行星半径略大于地球,另外两颗的大小属于我们的太阳系中没有的行星类型,共同围绕邻近我们的一颗恒星运转。 太阳系内的行星个头要么大要么小,比如水星、金星、地球和火星属于小型岩质行星,木星、土星属于气态巨行星,终年寒冷的天王星和海王星则属于冰态巨行星。新发现的3颗行星填补了可观测的已知行星大小空白,有望成为未来多项研究的探索对象。 天文学家将这3颗行星所在的星系称为“苔丝”感兴趣的对象(TESS Object of Interest,TOI)270系统,主星TOI 270是一颗光芒较弱的低温星体,它还有一个更常见的系统目录命名:UCAC4 191-004642。这颗M型红矮星(M dwarf)比太阳的大小和质量都小了差不多40%,表面温度大约只有太阳的三分之二。整个行星系统位于南天星座绘架座(Pictor)之中,距离我们约73光年。 上面的信息图表显示了TOI 270系统的主要特征,该系统位于南天星座绘架座,距离我们大约73光年远。通过每颗行星运行时引起的恒星周期性亮度下降,NASA的凌星系外行星巡天卫星“苔丝”发现了这三颗新的行星。3个行星的信息小插图显示了各自的相关信息,包括它们的相对大小,以及它们与地球相比的情况,其中给出的行星温度是平衡温度,计算时未计入任何可能大气的温室效应。 图片来源:NASA戈达德航天飞行中心、斯科特•维辛格(Scott Wiessinger) “这个系统正是TESS最初设计时希望发现的对象:围绕一颗相对不那么活跃、缺乏剧烈恒星活动(如耀斑,flare)的主星运行的小型温带气候行星,”项目的首席研究员马克西米利安•金特(Maximilian Günther)说道,“这颗恒星很安静,距离我们非常近,因此看起来比同类系统的主星更明亮。通过更进一步的后续观察,我们很快就能确定这些行星的构成,弄清楚它们的外围是否存在大气层,以及大气中的气体成分等相关信息。”金特是位于剑桥市的麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)卡弗里天体物理与空间研究所(Kavli Institute for Astrophysics and Space Research)的博士后研究员。 对该系统的相关描述已经议论文的形式发表在了《自然•天文学》(Nature Astronomy)杂志上,可以在线查阅。 将TOI 270系统中的3个行星世界通过信息插图进行对比。TOI 270系统中3颗行星的温度是平衡温度,计算时不考虑任何可能大气的温室效应。 图片来源:NASA戈达德航空飞行中心 [rml_read_more] 系统中最内部的行星TOI 270b,很可能是一个岩质星球,大小比地球大四分之一左右。TOI 270b绕主星公转的周期为3.4天,离主星的距离大约比水星距离太阳要近13倍。研究团队对相似大小的系外行星进行了统计学分析,估算出TOI 270b的质量大约比地球大1.9倍。 由于TOI 270b非常靠近主星,这颗星球热得就像一个高温烤炉一样,平衡温度(equilibrium temperature,仅由行星从恒星那里接收到的能量计算而得,忽略了额外可能的大气温室效应)高达490华氏度(大约254摄氏度)。 另外两颗行星TOI 270 c和TOI 270 d的大小分别是地球的2.4倍和2.1倍,质量分别约为地球的7倍和5倍,绕主星公转的周期分别是5.7天和11.4天。虽然这两颗行星只有我们太阳系中海王星大小的一半,但和海王星的性质却非常相似,主要由气体构成,而不像TOI 270b一样布满岩石。 科学家估计,所有这3颗行星都被中心的恒星永恒地“锁住了”,也就是说它们每公转一圈时也恰好会自转一圈,面对着主星的永远是行星的同一面,就和月球绕地球运转的情况一样。 目前,对TOI 270 c和TOI 270 d最好的描述是“迷你海王星”,因为这两颗行星的大小在我们的太阳系中并没有比较好的对应行星。研究人员希望后续对TOI 270系统的深入研究能揭示这两颗迷你海王星形成的秘密,尤其是它们的邻居是一颗大小与地球相近的行星。 “关于这个系统,还有一件有趣的事,那就是其中的3颗行星跨越了已知行星大小的公认差距,”论文的共同作者、比利时列日大学(University of Liège)的博士后研究员弗兰•波苏埃洛斯(Fran Pozuelos)说道,“基于行星形成方式的相关原因,一颗行星的大小介于地球大小的1.5倍到2倍之间是非常少见的,但这个话题目前仍备受争议。TOI 270是一个很好的‘实验室’,让我们能对这种行星尺寸的极值进行研究,也将有助于我们更好地了解行星系统的形成与发展。” 金特的研究团队对系统中最外层的行星TOI 270 d尤为感兴趣,他们估算出的TOI 270 d行星平衡温度约为150华氏度(66摄氏度),也就是说它是系统中环境最为温和的行星世界,也因此是凌星行星(transiting planet)中非常少见的“稀罕物”。 “TOI 270在宇宙中处于完美的位置,让我们能用NASA将要发射的詹姆斯•韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope,预计于2021年3月发射)研究系统中的外层行星大气,”论文的共同作者、芝加哥大学(University of Chicago)的博士生阿迪娜•费恩斯坦(Adina Feinstein)说道,“韦伯望远镜将能对他进行超过半年的长期观测,让研究人员能对TOI 270 c和TOI 270 d的大气构成进行真正有意思的比较研究。” 图中所示,TOI 270系统的整体结构非常紧密,与我们太阳系中的木星与其卫星系统的整体尺寸最为接近。 图片来源:NASA戈达德航天飞行中心(上图适合手机横屏观看) 研究团队希望,进一步的深入研究或许可以揭示出现在已知的3颗行星之外的其他行星,如果TOI 270 d有一个岩质星核,却被稠密的大气包围覆盖了,那么它的表面温度就会过高,以至于液态水无法存在,而液态水则是生命宜居的关键因素。但是,后续的研究可能会发现新的岩质行星,距离主星更远因而表面温度更低,也就可能会有液态水的存在。 TESS是NASA天体物理学探索计划(Astrophysics Explorer)的任务之一,由位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院(MIT)主导研究,由NASA戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center)管理。其他合作伙伴包括位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇的诺斯罗普•格鲁曼公司(Northrop Grumman)、NASA位于加州硅谷的艾姆斯研究中心(Ames Research Center)、马萨诸塞州剑桥市的哈佛 – 史密森天体物理学中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)、麻省理工学院林肯实验室(Lincoln Laboratory),以及位于巴尔的摩的空间望远镜科学研究所(Space Telescope Science Institute)。全世界有十几所大学、研究所和观察站参与了这项任务。 参考: [1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-tess-mission-scores-hat-trick-with-3-new-worlds [2]https://www.nature.com/articles/s41550-019-0845-5

四千颗系外行星

四千颗系外行星

2019 July 10 4000 Exoplanets Video Credit: SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida); Data: NASA Exoplanet Archive Explanation: Over 4000 planets are now known to exist outside our Solar System. Known as exoplanets, this milestone was passed last month, as recorded by NASA’s Exoplanet Archive. The featured video highlights these exoplanets in sound and light, starting chronologically from the first confirmed detection in 1992. The entire night sky is first shown compressed with the central band of our Milky Way Galaxy making a giant U. Exoplanets detected by slight jiggles in their parents-star’s colors (radial velocity) appear in pink, while those detected by slight dips in their parent star’s brightness (transit) are shown in purple. Further, those exoplanets imaged directly appear in orange, while those…