50光年的地质学：韦伯准备研究岩石世界

50光年的地质学：韦伯准备研究岩石世界

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NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的镜段排列整齐，科学仪器正在校准，距离全面运行只有几周的时间。今年夏天首次观测结果公布后不久，韦伯的深入科学研究将开始。 计划在第一年进行的调查包括对两颗因其大小和岩石成分而被归类为“超级地球”的热系外行星的研究：熔岩覆盖的55Cancri e和无空气的LHS 3844 b。研究人员将在这些行星上训练韦伯的高精度光谱仪，以了解银河系行星的地质多样性，还有像地球这样的岩石行星的演化。 超级热的超级地球55 Cancri e 55 Cancri e的轨道距离其类太阳恒星不到 150 万英里（水星与太阳距离的二十五分之一），在不到18小时的时间内公转一圈。由于地表温度远高于典型岩石形成矿物的熔点，该行星的昼面被认为覆盖着熔岩海洋。 假设围绕恒星运行的行星被潮汐锁定，一侧始终面向恒星。因此，行星上最热的地方应该是最直接面对恒星的地方，来自白天的热量不应该随着时间的推移而发生太大变化。 但这似乎并非如此。NASA斯皮策太空望远镜对55 Cancri e的观测表明，这颗行星最热的区域偏离了最直接面向恒星的部分，而从白天探测到的总热量确实有所不同。 55 Cancri e有厚厚的大气层吗？ 对这些观测结果的一种解释是，这颗行星有一个动态的大气，可以将热量四处移动。“55 Cancri e可能有一个以氧或氮为主的厚大气层。”NASA位于南加州的喷气推进实验室的胡仁宇（Renyu Hu）解释说，他领导的团队将使用韦伯的近红外相机（NIRCam）和中红外仪器（MIRI）捕捉行星白天的热发射光谱。胡补充道：“如果它有大气层，韦伯有足够的灵敏度和波长范围来探测它，并确定它是由什么组成。” 还是55 Cancri e晚上在下熔岩雨？ 然而，另一个有趣的可能性是55 Cancri e没有潮汐锁定。相反，它可能像水星一样，每公转两次自转三次（称为3:2共振）。因此，这颗行星会有昼夜循环。 “这可以解释为什么行星最热的部分发生了变化。”斯德哥尔摩大学的研究人员亚历克西斯·布兰德克解释说。“就像在地球上一样，地表需要时间加热。一天中最热的时间是下午，而不是中午。” 布兰德克的团队计划使用NIRCam来测试这一假设，以测量55 Cancri e在四个不同轨道上从被照亮的一侧发出的热量。如果这颗行星有3:2的共振，他们将对每个半球进行两次观测，这应该能够检测到两半球之间的任何差异。 在这种情况下，行星表面会在白天升温、融化，甚至蒸发，形成韦伯可以探测到的稀薄的的大气。到了晚上，蒸汽会冷却并凝结，形成熔岩液滴，这些熔岩会像雨点一样落回行星地表，随着夜幕降临，再次变成固体。 岩石系外行星LHS 3844 b和55 Cancri e与地球和海王星的对比图。55 Cancri e和LHS 3844 b在大小和质量上都介于地球和海王星之间，但在组成上它们与地球更为相似。行星按半径递增的顺序从左到右排列。 影像来源：ILLUSTRATION: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI) 更冷的超级地球LHS 3844 b 虽然55 Cancri e将提供一个被熔岩覆盖的世界的奇特地质的信息，但LHS 3844 b为分析系外行星表面的固体岩石提供了一个独特的机会。 和55 Cancri e一样，LHS 3844 b的轨道离它的恒星非常近，在11小时内完成一圈公转。然而，由于其恒星相对较小且较冷，该行星的温度不足以使其表面熔化。此外，斯皮策望远镜的观测表明，这颗行星不太可能有大量的大气层。 LHS 3844 b的表面是由什么组成？ 虽然我们无法直接用韦伯对LHS 3844 b的表面进行成像，但由于没有遮蔽的大气，因此我们可以用光谱学研究行星表面。 “事实证明，不同类型的岩石具有不同的光谱。”马克斯·普朗克天文研究所的劳拉·克雷德伯格解释说。“你可以用眼睛看到花岗岩的颜色比玄武岩浅。岩石发出的红外光也有类似的差别。” 克雷德伯格的团队将使用MIRI捕捉LHS 3844 b白天一侧的热发射光谱，然后将其与已知岩石（如玄武岩和花岗岩）的光谱进行比较，以确定其成分。如果这颗行星有火山活动，光谱还可能显示出微量火山气体的存在。 这两颗系外行星观测的重要性远远超出了银河系5000多颗已确认系外行星。克雷德伯格说：“它们将为我们提供有关类地行星的全新视角，帮助我们了解早期地球在像今天这些行星一样炎热时可能是什么样子。”。 这些对55个Cancri e和LHS 3844 b的观测将作为Webb第1周期普通观察者计划的一部分进行。普通观察者计划由使用双重匿名审查系统进行竞争性选择，该系统与哈勃望远镜上的时间分配系统相同。 詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴ESA和加拿大航天局领导的一个国际项目。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/geology-from-50-light-years-webb-gets-ready-to-study-rocky-worlds

宇宙里程碑：NASA确认5,000颗系外行星

宇宙里程碑：NASA确认5,000颗系外行星

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太阳系外的行星或系外行星是什么样的？此图显示了多种可能性。科学家在20世纪90年代发现了第一批系外行星。截至2022年，已确认的系外行星总数刚刚超过5,000 颗。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 已确认的系外行星数量刚刚超过5,000颗，这代表着由NASA太空望远镜引领的30年发现之旅。 不久前，我们生活在一个只有少数已知行星的宇宙中，所有行星都围绕太阳运行。但一系列新发现标志着科学的一个高点：现在已确认超过5,000颗行星存在于太阳系之外。 行星里程表于3月21日开启，最新一批65颗系外行星——我们的太阳系家族之外的行星——被添加到NASA系外行星档案中。该档案记录了出现在同行评审的科学论文中的系外行星发现，并已使用多种检测方法或分析技术得到证实。 迄今为止发现的5,000多颗系外行星包括像地球这样的小型岩质行星、比木星大很多倍的气态巨行星，以及围绕恒星运行、轨道极其接近恒星的“热木星”。有“超级地球”，它们可能是比我们更大的岩质行星，也有“迷你海王星”，即太阳系中海王星的较小版本。再加上同时围绕两颗恒星运行的行星和固执地围绕死亡恒星坍塌残余运行的行星。 天文学家现在已经确认了超过5,000颗系外行星，或太阳系以外的行星。这只是我们银河系中可能的数千亿的一小部分。发现系外行星的锥状物从行星地球向外辐射，就像车轮上的辐条。还有更多的发现等着我们。 视频：NASA/JPL-Caltech “这不仅仅是一个数字，”档案馆的科学主管、帕萨迪纳加州理工学院NASA系外行星科学研究所的研究科学家杰西·克里斯蒂安森说。“它们中的每一个都是一个新的世界，一颗崭新的行星。我对每一个系外行星都感到兴奋，因为我们对它们一无所知。” 我们确实知道：我们的银河系可能拥有数千亿颗这样的行星。1992年，一个奇怪的新世界围绕着一颗更奇怪的恒星运转，在这之后不断有新的发现。它是一种被称为脉冲星的中子星，一种快速旋转的恒星残骸，会发出毫秒级的灼热辐射脉冲。通过测量脉冲时间的细微变化，科学家们得以揭示脉冲星周围轨道上的行星。 这篇论文的主要作者亚历山大沃尔什赞说，在这颗旋转的恒星周围虽然仅发现三颗行星，但基本上打开了发现系外行星的闸门。30 年前，该论文揭开了第一批在太阳系外得到确认的行星。 “如果你能在中子星周围找到行星，行星基本上无处不在。”沃尔兹赞说。“行星生成过程必须非常稳健。” 作为宾夕法尼亚州立大学的教授，沃尔兹赞仍然在寻找系外行星，他说，我们正在开启一个发现行星的时代，而不仅仅是简单地将新行星添加到名单中。2018年发射的凌日系外行星巡天卫星（TESS）继续发现新的系外行星。但很快，从最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜开始，强大的下一代望远镜及其高灵敏度仪器将捕获系外行星大气层中的光，读取存在的气体，从而可能识别出适宜居住条件的迹象。 预计将于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将使用多种方法发现新的系外行星。2029年发射的欧空局ARIEL任务将观测系外行星大气；NASA搭载的一项名为CASE的技术将有助于消除系外行星的云雾。 沃尔什赞说：“在我看来，我们不可避免地会在某个地方找到某种生命——很可能是某种原始生命。”他补充道，地球上生命的化学与在整个宇宙中发现的化学之间的密切联系，以及对广泛存在的有机分子的探测表明，发现生命本身只是一个时间问题。 在这个动画中，系外行星由跨越数十年发现的音符来表现。圆圈表示轨道的位置和大小，而其颜色表示探测方法。低音符意味着更长的轨道，高音符意味着更短的轨道。 视频来源：NASA/JPL-Caltech/SYSTEM Sounds (M. Russo and A. Santaguida) 如何寻找其他世界 画面并不总是那么明亮。1995年，在类太阳恒星周围探测到的第一颗系外行星被证明是一颗热木星：一颗质量约为我们木星一半的气态巨行星，以一个极其接近的四天轨道绕着它的恒星运行。换句话说，在这个星球上，一年只持续四天。 一旦天文学家学会识别它们，地面望远镜的数据中就会出现更多这样的行星——先是几十颗，然后是数百颗。它们是使用“摆动”方法发现的：跟踪由轨道行星的引力拖曳引起的恒星轻微来回运动。但目前仍然没有一颗系外行星看起来适合居住。 寻找更像我们自己的小型岩质行星需要外行星搜寻技术的下一次重大飞跃：凌日法。天文学家威廉·博鲁基提出了在望远镜上安装极其灵敏的光探测器，然后将其发射到太空的想法。这台望远镜将在长达数年的时间里观测超过17万颗恒星，寻找当一颗行星经过一颗恒星表面时星光的细微变化。 开普勒太空望远镜实现了这个想法。 博鲁茨基是现已退休的开普勒任务的首席研究员，他说，2009年开普勒太空望远镜的发射打开了一扇观察宇宙的新窗口。 “我真的很满意，并对那里的一切感到敬畏。”他说。“我们谁也没想到会有这么多种类的行星系统和恒星。这太神奇了。” 到目前为止，在我们的星系中确认的5,000多颗系外行星包括各种各样的类型——一些与我们太阳系中的行星相似，另一些则截然不同。其中有一种被称为“超级地球”的神秘物种，因为它们比我们的地球更大，而且可能是岩质行星。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/cosmic-milestone-nasa-confirms-5000-exoplanets

5000颗系外行星并在不断增加

5000颗系外行星并在不断增加

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Not so long ago, humanity lived in a universe with only a small number of known planets, all of them orbiting our Sun. But a new raft of discoveries marks a scientific high point: More than 5,000 planets are now confirmed to exist beyond our solar system. The planetary odometer turned on March 21, with the latest batch of 65 exoplanets – planets outside our immediate solar family – added to the NASA Exoplanet Archive. The archive records exoplanet discoveries that appear in peer-reviewed, scientific papers, and that have been confirmed using multiple detection methods or by analytical techniques. This artist’s concept is of a Jupiter-mass planet orbiting the nearby star Epsilon Eridani, located 10.5 light-years away from Earth. Learn more What are exoplanets? Cosmic…

NASA发现了天体碰撞产生的巨大碎片云

NASA发现了天体碰撞产生的巨大碎片云

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这幅插图描绘了两个小行星大小的天体碰撞的结果：围绕一颗年轻恒星的巨大碎片云。NASA的斯皮策号发现一块碎片云挡住了这颗恒星HD 166191，为科学家提供了发生碰撞的细节。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 岩石天体之间的重大碰撞塑造了我们的太阳系。对类似碰撞的观察提供了有关这些事件在其他恒星周围发生频率的线索。 我们太阳系中的大多数岩石行星和卫星，包括地球和月球，都是由太阳系历史早期的大规模碰撞形成或塑造的。通过相互碰撞，岩石天体可以积累更多的物质，增大尺寸，或者它们可以分裂成多个较小的物体。 天文学家使用NASA现已退役的斯皮策太空望远镜，在过去发现了岩石行星正在形成的年轻恒星周围发生此类碰撞的证据。但是，这些观察并没有提供有关碰撞的更多细节，比如所涉及物体的大小。 在天体物理学杂志上的一项新研究中，由亚利桑那大学的凯特·苏领导的一组天文学家报告了首次观测到的由其中一次碰撞产生的碎片云。碎片云在它的恒星前面经过并短暂遮挡了光。天文学家称之为凌日。再加上对恒星大小和亮度的了解，这些观测使研究人员能够在撞击后不久直接确定云团的大小，估计碰撞物体的大小，并观察云团消散的速度。 “目击事件是无可替代的。”亚利桑那大学的乔治·里克是这项新研究的合著者，他说道。 “斯皮策之前报道的所有案件都没有得到解决，只有关于实际事件和碎片云可能是什么样子的理论假设。” 从2015年开始，苏领导的一个团队开始对一颗1000万年前的恒星HD 166191进行常规观测。大约在恒星生命的早期，恒星形成过程中留下的尘埃聚集在一起，形成了一种称为星子的岩石体——未来行星的种子。一旦之前填充这些物体之间空间的气体消散，它们之间灾难性的碰撞就变得很常见。 该团队预计，他们可能会发现HD 166191附近发生碰撞的证据，因此在2015年至2019年期间，他们使用斯皮策望远镜对该系统进行了100多次观测。虽然星子太小，距离太远，望远镜无法分辨，但它们的碰撞会产生大量尘埃。斯皮策探测到了红外光——或比人眼能看到的波长略长的波长。红外线是探测尘埃的理想方法，包括由原行星碰撞产生的碎片。 2018年年中，太空望远镜观测到HD 166191系统变得明显更亮，这表明碎片的产生在增加。在此期间，斯皮策望远镜还探测到一个碎片云挡住了这颗恒星。结合斯皮策对凌日的观测和地面望远镜的观测结果，该团队可以推断出碎片云的大小和形状。 他们的研究表明，云团被拉高了，估计的最小面积是恒星的三倍。然而，斯皮策望远镜所观测到的不断变亮的红外线表明，只有一小部分云团从恒星前方经过，而这一事件产生的碎片覆盖的面积是恒星的数百倍。 要产生这么大的云，主碰撞中的物体必须有矮行星那么大，就像我们太阳系中的灶神星——一个330英里（530公里）宽的天体，位于火星和木星之间的主小行星带。最初的碰撞产生了足够的能量和热量使一些物质汽化。它还引发了第一次碰撞的碎片和系统中其他小物体之间的碰撞连锁反应，这可能产生了斯皮策观测到的大量尘埃。 在接下来的几个月里，巨大的尘埃云体积增大，变得更加透明，这表明尘埃和其他碎片正在迅速扩散到整个年轻的恒星系统中。到2019年，经过恒星前面的云团不再可见，但该系统包含的尘埃是斯皮策观测到云团之前的两倍。这篇论文的作者认为，这些信息可以帮助科学家检验类地行星是如何形成和生长的理论。 “通过观察年轻恒星周围轻恒星周围的尘埃碎片盘，我们基本上可以回顾过去，看看可能塑造了我们自己的太阳系的过程。”苏说。 “了解这些系统中碰撞的结果，我们还可以更好地了解围绕其他恒星形成岩石行星的频率。” 关于斯皮策的更多信息 斯皮策在其生命周期内收集的全部科学数据可通过斯皮策数据档案馆向公众提供，该档案馆位于加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院IPAC红外科学档案馆中。喷气推进实验室是加州理工学院的一个部门，为位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理斯皮策号任务。科学操作在加州理工学院IPAC的斯皮策科学中心进行。航天器操作基地设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁航天公司。 更多关于NASA斯皮策太空望远镜的信息，请访问: https://www.jpl.nasa.gov/missions/spitzer-space-telescope 和 https://www.ipac.caltech.edu/project/spitzer 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-spots-giant-debris-cloud-created-by-clashing-celestial-bodies

发现日：7颗地球大小的行星

发现日：7颗地球大小的行星

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该图显示了TRAPPIST-1行星系统的样子，基于有关行星直径、质量和与主星距离的可用数据。天文学家将它们命名为行星TRAPPIST-1a、TRAPPIST-1b等等。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 五年前，天文学家发现了一个壮观的其他世界集合：TRAPPIST-1系统。 世界各地的报纸都在头版刊登了这一发现：天文学家发现一颗名为TRAPPIST-1的红矮星是一个由七颗地球大小的行星组成的紧密家族的家园。NASA于2017年2月22日公布了该系统。 利用地面和太空望远镜，科学家们发现了迄今为止在太阳之外发现的最不寻常的行星系统之一，并提出了一个诱人的问题：这些星球中是否有一个适合居住——一个适合生命的家园？ 五年后，这些行星仍然神秘莫测。自第一次公布以来，随后的研究表明，TRAPPIST-1行星是岩石行星，它们的年龄可能是我们太阳系的两倍，它们距离地球41光年。 但真正改变游戏规则的将是最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜。韦伯比以往任何一台太空望远镜都更大、更强大，它将在TRAPPIST-1行星上寻找大气层的迹象。 “人们甚至可以问一个关于另一颗恒星周围的行星是否适合居住的问题——这让我感到不可思议。”南加州NASA喷气推进实验室系外行星科学研究所经理肖恩·凯里说。凯里是利用现已退役的斯皮策太空望远镜的数据帮助发现TRAPPIST-1行星的团队的一员。 使用NASA的“系外行星之眼”交互式可视化探索TRAPPIST-1系统，您可以在其中近距离查看每个行星的插图。 图片来源：NASA/JPL-Caltech 韦伯的主要目标是来自恒星的第四颗行星，称为TRAPPIST-1e。 它正好位于科学家所说的宜居带（也称为金凤花姑娘带）的中间。这是恒星到行星的轨道距离，这里的热量刚好能让液态水存在于行星表面。 尽管行星紧密地围绕在TRAPPIST-1周围，但这颗红矮星不仅比太阳冷得多，而且体积还不到太阳的10%。(事实上，如果把整个TRAPPIST-1系统放在我们自己的太阳系里，它所有行星的轨道就在最内层行星水星的轨道内。) 短期内你还无法到访TRAPPIST-1e，但你可以用这张免费下载的旅游海报想象一下你的外星之旅。它来自喷气推进实验室的一系列旅行海报，想象着虚拟旅行到14个外星世界。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 寻找大气 可居住区只是第一个切入点。一颗可能宜居的行星也需要一个合适的大气层，而韦伯，尤其是在其早期的观测中，很可能只获得了大气层是否存在的部分迹象。 “这里最重要的是在宜居带中的一颗陆地地球大小行星的第一次大气特征，”比利时列日大学的天文学家、2017年揭示这七颗同胞行星的研究的主要作者迈克尔·吉隆说。 哈勃太空望远镜的测量增加了更多关于宜居性的信息。虽然哈勃没有能力确定这些行星是否具有潜在的宜居大气层，但它确实发现至少三颗行星——d、e和f——似乎没有气态巨行星那样的以氢为主的蓬松大气层，例如我们太阳系中的海王星。这类行星被认为不太可能维持生命。 康奈尔大学的行星科学家尼科尔·刘易斯说，这就为“大气支持地表液态水的潜力”留下了可能性。 刘易斯是一个科学团队的一员，该团队将使用韦伯望远镜在红外光下观测天空，在TRAPPIST-1e上寻找大气层的迹象。 “希望我们能在韦伯 [可检测到的] 波长范围内看到二氧化碳，这是一个非常强大的特征。”她说。 “一旦我们知道哪里有高于噪声的小物体，我们就可以返回并在该区域进行更高分辨率的观察。” TRAPPIST-1行星的大小也可能有助于加强宜居性的情况，尽管研究还远没有定论。 它们不仅在直径上而且在质量上都可以与地球相当。缩小行星的质量范围是可能的，这要归功于它们在TRAPPIST-1周围紧密聚集：它们肩并肩地挤在一起，相互推挤，使科学家能够根据这些引力效应计算它们可能的质量范围。 “我们已经得到了一些关于它们大小的非常好的信息——质量和半径。”康奈尔大学的刘易斯说。“这意味着我们知道它们的密度。” 这些密度表明，这些行星可能由地球等类地行星中发现的物质组成。 刘易斯说，科学家们利用可能的行星大气形成和演化的计算机模型，试图缩小其可能的组成范围，这对TRAPPIST-1行星至关重要。 “TRAPPIST系统的伟大之处在于，它将允许我们以任何一种方式改进这些模型——无论它们最终将成为贫瘠的岩石还是最终成为潜在的宜居世界。”她说。 对于吉隆来说，该系统的另一个伟大之处是TRAPPIST-1系统的覆盖范围。“我在一些艺术作品中看到了TRAPPIST-1，在音乐、科幻小说、漫画中也看到过它。”他说。“这是我们在这五年中真正享受到的东西。就像这个系统有自己的生命一样。” 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/day-of-discovery-7-earth-size-planets

围绕红矮星运行

围绕红矮星运行

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This artist’s concept from 2015 shows exoplanet Kepler-1649c orbiting around its host red dwarf star. This exoplanet is in its star’s habitable zone (the distance where liquid water could exist on the planet’s surface) and is the closest to Earth in size and temperature found to that date in data from the Kepler mission. The Kepler mission was specifically designed to survey our region of the Milky Way galaxy to discover hundreds of Earth-size and smaller planets in or near the habitable zone and determine the fraction of the hundreds of billions of stars in our galaxy that might have such planets. Image Credit: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter 这幅来自2015年的艺术家概念图展示了外行星开普勒-1649c围绕其宿主红矮星运行。这颗系外行星位于其恒星的宜居带（即行星表面可能存在液态水的距离），是开普勒任务数据中迄今为止发现的在大小和温度上最接近地球的行星。 开普勒任务是专门设计来调查我们所在的银河系区域，在宜居带或宜居带附近发现数百个地球大小或更小的行星，并确定我们星系中数千亿颗恒星中可能存在此类行星的比例。 影像来源：NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

公民科学家在NASA TESS数据中发现了类似木星的行星

公民科学家在NASA TESS数据中发现了类似木星的行星

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华盛顿贝尔维尤的汤姆·雅各布斯喜欢寻宝。自2010年以来，这位前美国海军军官一直参与在线志愿者项目，让任何感兴趣的人——“公民科学家”——通过NASA的望远镜数据，寻找系外行星的迹象。 现在，雅各布斯帮助发现了一颗距离地球379光年的巨型气态行星，它围绕着一颗与太阳质量相同的恒星运行。这颗木星大小的行星对天文学家来说很特别，因为行星上的一年有261天，比太阳系以外的许多已知巨型气态行星要长。这一结果还表明，这颗行星与它的恒星的距离仅比金星与太阳的距离略远一点。这一发现发表在《天文学杂志》上，并于1月13日在美国天文学会虚拟新闻发布会上发表。 这幅插图描绘了一颗名为TOI-2180 b的类木星系外行星。它是在NASA的凌日系外行星勘测卫星的数据中发现的。 影像来源：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt 要发现这颗行星并确定它的大小和质量，需要专业天文学家和像雅各布斯这样的公民科学家进行大量合作。加州大学河滨分校天文学家、该研究的主要作者保罗·达尔巴说：“为了跟踪这颗行星，他们进行了一场全球联合行动，因为我们都需要一起追踪它，以密切关注这颗特定的行星。” “发现和出版TOI-2180 b是一项伟大的团队努力，证明了专业天文学家和经验丰富的公民科学家可以成功地合作，”雅各布斯说。“这是最好的协同作用。” 这个发现是如何发生 这颗新发现的行星的特征隐藏在NASA的凌日系外行星勘测卫星（TESS）的数据中。利用TESS数据，科学家们寻找附近恒星亮度的变化，这可能表明存在绕轨道运行的行星。 雅各布斯是一群公民科学家中的一员，他们研究TESS数据，通过观察恒星的亮度随时间的变化来寻找新的行星。当专业天文学家使用算法自动扫描来自恒星的数以万计的数据点时，这些公民科学家使用一个由艾伦·R·施密特创建名为LcTools的程序，用肉眼检查望远镜的数据。这就是为什么由几位公民科学家和两位资深天文学家组成的雅各布斯小组自称为视觉调查小组的原因。他们中的许多人是在行星猎人工作时认识的，行星猎人是一个由NASA资助的公民科学项目，通过宇宙动物园（Zooniverse）进行研究，该项目的重点是NASA开普勒航天器的数据。 2020年2月1日，雅各布斯碰巧注意到一张图，显示TOI-2180发出的星光减弱了不到0.5%，然后在 24 小时内恢复到之前的亮度水平，这可能是因为从我们的角度看，一颗轨道行星经过恒星前方时被称为“凌日”。通过测量行星经过时变暗的光量，科学家们可以估计行星的大小，并结合其他测量结果来估计它的密度。但只有当一颗恒星和它的行星排成一列并用望远镜寻找它们时，才能看到凌日现象。 显示星光随时间变化的图表称为“光曲线”。视觉调查小组提醒了两位专业科学家合作者——加州大学河滨分校的保罗·达尔巴和新墨西哥大学的助理教授戴安娜·德拉戈米尔，这条光曲线可能很有趣。 “有了这个新发现，我们也在推动我们可以从TESS观测中提取的行星种类的极限，”德拉戈米尔说。“TESS并不是专门为发现这种长轨道系外行星而设计，但我们的团队在公民科学家的帮助下，仍在挖掘这些稀有的宝石。” 专业天文学家使用的计算机算法旨在通过识别来自单个恒星的多个凌日事件来搜索行星。这就是为什么当只有单次凌日现象可用时，公民科学家的目视检查如此有用。由于这是该数据集中 TOI-2180 b星变暗的唯一实例，因此被称为“单次凌日事件”。 汤姆·雅各布斯是一位公民科学家，他与专业科学家合作在夏威夷的哈雷阿卡拉高空观测站寻找系外行星。 影像来源：汤姆·雅各布斯 “他们投入的手动工作非常重要且令人印象深刻，因为实际上很难编写可以通过一百万条光曲线并可靠地识别单个凌日事件的代码，”达尔巴说。“这是人类仍在击败代码的一个领域。” 但该团队如何排除星光短暂下降的其他解释呢？他们能确定他们找到了一颗行星吗？他们需要后续观察。 幸运的是，达尔巴能够在加利福尼亚州的利克天文台找到了自动行星探测望远镜。他说：“我用望远镜来测量恒星的摆动，然后确定这颗行星的质量，如果它真的是行星的话。”当利克天文台受到野火威胁时，研究小组还使用了位于夏威夷W. M.凯克天文台的凯克I号望远镜进行了一些测量。 达尔巴和他的同事们在500多天的时间里进行了27小时的观测，观测到了这颗行星对这颗恒星的引力拖拽，这使他们能够计算出这颗行星的质量，并估计其轨道的一系列可能性。尽管如此，他们还是想在行星返回时观察它的凌日，以确认其轨道。不幸的是，要找到第二个凌日事件将很困难，因为这颗行星将在什么时候再次穿过它的恒星的表面有太多的不确定性。 达尔巴继续努力，并于2020年8月在三大洲的14个地点组织了一场包括专业天文学家和公民科学家在内的观测活动。为了支持这项运动，达尔巴在加利福尼亚州约书亚树国家公园露营了五个晚上，并用两台便携式业余望远镜寻找凌日。这项合作工作在11天内产生了55个数据集。 最终，这些望远镜都无法准确地探测到这颗行星。尽管如此，在这段时间内，由于缺乏明确的探测，这一轨道的长度有了一个界限，即大约261天。根据这一估计，他们预计TESS将在2022年2月再次看到这颗行星凌日其恒星。 有关行星的信息 TOI-2180 b的质量几乎是木星的三倍，但直径相同，这意味着它比木星密度更大。这让科学家们怀疑它的形成方式是否与木星不同。 关于这颗行星形成的另一个线索可能是它里面的东西。通过计算机模型，他们确定这颗新行星可能有多达105个地球质量的比氢和氦重的元素。 “这很多，”达尔巴说。 “这比我们怀疑的木星内部要多。” 天文学家仍然需要了解很多关于行星范围的信息。大约 4,800 颗系外行星已被确认，但我们认为银河系中有数十亿颗行星。新发现表明，在巨行星中，有些行星的重元素比其他行星多得多。 在我们的太阳系中，巨大的木星每 12 年绕太阳运行一次；对于土星来说，一个“年”是 29 年。我们在地球和太阳之间没有像 TOI-2180 b这样的巨行星。但在太阳系之外，天文学家已经发现了数十颗比木星还要大的系外行星，它们的轨道距离它们的恒星更近，甚至比水星的轨道更近。 TOI-2180 b 的平均温度约为170华氏度，比地球上的室温还要高，比我们太阳系的外行星（包括木星和土星）还要温暖。但与天文学家发现的围绕其他恒星运行的一系列凌日巨型系外行星相比，TOI-2180 b异常寒冷。 “这是我们发现的大多数巨大的系外行星和非常冷的木星和土星之间的一块很好的垫脚石。”达尔巴说。 下一步是什么 当TESS在二月份再次观测到这颗恒星时，达尔巴和市民号的科学家们渴望得到数据并重新投入研究。如果他们找到了这颗行星的特征，确认了261天的周期，那么他们在2020年全球寻找这颗行星的活动的数据将更有意义。 12月25日发射的NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜有可能观测到这颗行星及其大气层。但达尔巴对韦伯的能力感到兴奋还有另一个原因。考虑到在我们自己的太阳系中，木星有环和卫星，韦伯可以用来寻找围绕TOI-2180b轨道运行的小天体。 到目前为止，在我们的太阳系之外还没有确凿地发现任何环或卫星，但其中一个原因可能是许多系外行星被发现非常靠近它们的恒星，而恒星的引力可能会将这些物体带走。TOI-2180b位于离其主星较远的位置，可能是进行这种搜索的一个有趣机会。“我认为这是一个有趣的系统，供以后使用。”达尔巴说。 公民科学家雅各布斯在不从事他的行星搜寻爱好的时候，就会与非营利组织合作，帮助残疾人在他们的社区找到工作。 雅各布斯说，“视觉调查小组的成员出于纯粹的快乐和对推进科学的兴趣，每天花费大量时间调查数据。”该团队共同撰写了超过68篇经过同行评审的科学论文，包括发现凌日的“系外彗星”或太阳系外的彗星穿过恒星表面。 “我们喜欢为科学做出贡献，”雅各布斯说。“我喜欢这种类型的调查，因为我知道这是一个新的未被发现的领域，以前没有人见过。” 关于公民科学的更多信息 NASA在从地球科学到太阳再到更广阔的宇宙的各个主题上有着广泛的公民科学合作。世界上任何人都可以参与。请访问science.nasa.gov/citizenscience查看最新的机会。 关于TESS的信息 TESS是一项NASA天体物理学探索任务，由位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院领导和运营，并由NASA的戈达德太空飞行中心管理。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；NASA位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心；位于马萨诸塞州剑桥的哈佛和史密森天体物理中心；麻省理工学院林肯实验室；以及巴尔的摩的太空望远镜科学研究所。全球有十几所大学、研究机构和天文台参与了该任务。 美国国家科学基金会天文学和天体物理学博士后奖学金计划为这项研究提供了支持。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/citizen-scientists-spot-jupiter-like-planet-in-nasa-tess-data

NASA的斯皮策在天文学会简报上阐述系外行星

NASA的斯皮策在天文学会简报上阐述系外行星

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行星XO-3b有一个内部热源，可能来自潮汐加热，这是由于其母星的引力挤压行星内部造成的。产生的热量可能会因行星略呈椭圆形的轨道（如右图所示）而增加，这意味着行星的形状更像椭圆形而不是圆形。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 红外线天文台可能有助于回答有关太阳系外行星或系外行星的问题，包括它们是如何形成的以及是什么驱动了它们大气中的天气。 两项新的研究利用了NASA退役的斯皮策太空望远镜的数据，揭示了巨型系外行星和褐矮星，它们既不是恒星，也不是行星。 这两项研究都将成为1月13日美国天文学会主办的虚拟新闻发布会的焦点。 一项调查显示，褐矮星上的天气随年龄的变化而变化。褐矮星形成类似恒星，但没有足够的质量在其核心开始燃烧氢。褐矮星和巨型系外行星在直径、质量和组成方面相似，所以了解其中一颗的大气特性可以帮助我们了解另一颗的大气特性。 第二项研究是关于热木星的研究，热木星是一种气体系外行星，其运行轨道非常靠近它们的母星。这些巨大的行星是如何形成的？是否有不同形成过程的热木星亚型？为了寻找答案，该研究的作者观察了系外行星XO-3b，这是一个罕见的例子，它在靠近其母星时被观察到。 系外行星类似物 年龄往往会给人类带来稳定，对于宇宙物体来说似乎也是如此。 纽约美国自然历史博物馆的天体物理学家约翰娜·沃斯（Johanna Vos）将讨论发表在《天体物理学杂志》上的一项斯皮策调查，该调查发现与年长的褐矮星相比，年轻褐矮星上的天气变化更大。 关于褐矮星，变异性一词指的是来自该天体大气层的不同波长的红外光强度的短期变化。天文学家认为这些变化是由云层引起的，云层反射并吸收大气中的光。 这张插图显示了云在褐矮星大气中的样子。利用NASA退役的斯皮策太空望远镜，科学家们能够探测到褐矮星大气中的云层和其他天气特征。 影像来源：NASA/JPL-Caltech/IPAC/T. Pyle 高变异性可能表明了一个主要的大气特征，可能就像木星的大红斑——一个比地球更大已经旋转了几百年的风暴。它还可以表明大气的快速变化，这可能有多种原因，例如大气中的主要温差或湍流（有时由强风引起）。 将年轻的褐矮星与之前斯皮策对年长褐矮星的观测结果进行比较，作者发现年轻的天体更有可能表现出大气变化。他们还发现，年轻褐矮星的变化更大、更显着。沃斯和她的同事将这种差异归因于这样一个事实：褐矮星在年轻时更蓬松，但随着年龄的增长变得更紧凑，这可能使大气看起来更均匀。 年轻的褐矮星在直径、质量和成分上与主要由气体构成的巨型系外行星相似。但研究巨型系外行星因其母星的近距离存在而变得复杂：它的伴星会照射行星的大气层，从而改变温度，甚至改变化学成分，并影响天气。这颗恒星发出的明亮光线也使看到这颗暗得多的行星变得更加困难。 另一方面，褐矮星可以作为一种对照组，在太空中被孤立地观察。该研究的作者计划将这项新发现纳入褐矮星和巨型系外行星大气如何随年龄演化的模型中。 迁徙的巨人 尽管热木星是研究最多的系外行星类型，但关于它们如何形成的主要问题仍然存在。例如，这些行星是在远离母星的地方形成的——距离足够冷，水分子等可以变成固体——还是更近？第一种情况更符合我们太阳系中行星是如何诞生的理论，但究竟是什么驱使这些类型的行星迁移到离母星如此近的地方，目前尚不清楚。 蒙特利尔麦吉尔大学的系外行星科学家丽莎·邓和她的同事利用斯皮策的数据研究了一颗名为XO-3b的系外行星，它有一个偏心（椭圆）轨道，而不是几乎所有其他已知热木星的圆形轨道。偏心轨道表明XO-3b最近可能已向其母星迁移；如果是这样的话，它最终会进入一个更圆的轨道。 欧洲航天局（ESA）太空观测站盖亚和斯皮策的观测结果都表明，这颗行星自身会产生一些热量，但科学家不知道原因。斯皮策太空望远镜的数据还提供了一张地方网气候模式的地图。过剩的热量可能是通过一种叫做潮汐加热的专业方法，来自地球内部。恒星对行星的引力挤压随着不规则轨道将行星带离恒星越来越近，从而导致行星振荡。由此产生的内部压力变化会产生热量。 对于邓来说，一颗不寻常的热木星提供了一个机会，来测试哪些形成过程可能会产生这些系外行星的某些特征。例如，其他热木星上的潮汐加热是否也是最近迁移的迹象？单靠XO-3b无法解开这个谜题，但它对这些灼热的巨型行星的新想法起到了重要的检验作用。 关于任务的更多信息 斯皮策在其有生之年收集的全部科学数据可通过斯皮策数据档案馆向公众提供，该档案馆位于加利福尼亚州帕萨迪纳加州理工学院IPAC红外科学档案馆。位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室为华盛顿的美国宇航局科学任务理事会管理斯皮策太空望远镜任务。 公众可以通过斯皮策太空望远镜数据档案获得在其生命周期内收集的全部科学数据，这些数据档案存放在加州帕萨迪纳市加州理工学院IPAC的红外科学档案馆。位于南加州的NASA喷气推进实验室为位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理斯皮策太空望远镜任务。 科学操作在IPAC的斯皮策科学中心进行。航天器运行基地设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁航天公司。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-spitzer-illuminates-exoplanets-in-astronomical-society-briefing

伽马射线食尸鬼！

伽马射线食尸鬼！

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In the depths of the universe, the cores of two collapsed stars violently merge to release a burst of the deadliest and most powerful form of light, known as gamma rays. These beams of doom are unleashed upon their unfortunate surroundings, shining a million trillion times brighter than the Sun for up to 30 terrifying seconds. No spaceship will shield you from the blinding destruction of the gamma ray ghouls! 在宇宙深处，两颗坍塌恒星的核心剧烈融合，释放出一束最致命、最强大的光，即伽马射线。这些厄运之光被释放到他们不幸的环境中，比太阳还要亮一百万万亿倍，持续时间长达30秒，令人恐惧。没有宇宙飞船能保护你免受伽马射线食尸鬼的毁灭！ Take a tour of some of the most terrifying and mind-blowing destinations in our galaxy … and beyond. After a visit to these nightmare worlds, you may never want to leave Earth again! You can also download our free posters – based on real NASA science – if you dare. Read More! 参观我们银河系中一些最可怕和最令人震惊的目的地……以及更远的地方。在参观了这些噩梦般的世界之后，你可能再也不想离开地球了。如果您有胆量，您还可以下载我们基于真实NASA科学的免费海报。阅读更多！ Image…

钱德拉发现另一个星系中可能存在行星的证据

钱德拉发现另一个星系中可能存在行星的证据

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有迹象表明，这可能是第一次被探测到一颗行星在银河系外穿过恒星的迹象 这可能是第一次探测到行星在银河系外穿过恒星的迹象。这个有趣的结果，利用NASA的钱德拉X射线天文台，打开了一个新的窗口，可以在比以往更远的距离搜索系外行星。 这颗可能的候选系外行星位于螺旋星系梅西耶51（M51）中，也因其独特的外形而被称为漩涡星系。 系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止，天文学家已经发现了银河系中所有其他已知的系外行星和系外行星候选行星，几乎所有这些行星都距离地球不到3000光年。M51中的一颗系外行星距离我们大约2800万光年，这意味着它的距离是银河系中的行星的数千倍。 系外行星被定义为太阳系之外的行星。到目前为止，天文学家已经在银河系中发现了所有其他已知的系外行星和系外行星候选者，它们几乎都离地球不到大约3000光年。M51中的系外行星将在大约2800万光年之外，这意味着它将比银河系中的行星远几千倍。 “我们正试图通过在X射线波长下寻找候选行星，为寻找其他世界开辟一个全新的舞台，这种策略使在其他星系中发现它们成为可能，”马萨诸塞州剑桥哈佛和史密森天体物理中心（CfA）的罗桑·迪·斯蒂法诺（Rosanne Di Stefano）说，他领导了这项研究，该研究今天发表在《自然天文学（Nature Astronomy）》上。 这一新的结果是基于凌日现象得出的。在凌日现象中，一颗行星经过恒星前方时会阻挡部分恒星的光线并产生特征性的倾角。天文学家使用地面和太空望远镜——比如NASA的开普勒和TESS任务中的望远镜——来寻找人类可以看到的可见光和电磁辐射，从而发现了数千颗行星。 迪·斯蒂法诺和他的同事们转而寻找从X射线明亮双星接收到的X射线亮度的下降。这些发光系统通常包含一个中子星或黑洞，从一个近轨道的伴星吸入气体。中子星或黑洞附近的物质变得过热，并在X射线中发光。 由于产生明亮x射线的区域很小，当行星从它前面经过时，可能会挡住大部分或全部X射线，这使得凌日更容易被发现，因为X射线可以完全消失。这将使我们能够在比目前的光传输研究更远的距离上探测到系外行星。因为这颗行星只阻挡了恒星的一小部分，因此光传输研究必须能够探测到光的微小减少。 研究团队使用这种方法来检测位于M51的一个名为 M51-ULS-1的双星系统中的候选系外行星。这个双星系统包含一个黑洞或中子星，它围绕一颗质量约为太阳20倍的伴星运行。他们使用钱德拉数据发现的X射线凌日持续了大约三个小时，在此期间X射线发射减少到零。根据这些信息和其他信息，研究人员估计M51-ULS-1中的候选系外行星大小大致与土星相当，并且围绕中子星或黑洞运行，其轨道距离约为土星与太阳距离的两倍。 钱德拉的X射线和NASA哈勃太空望远镜的可见光合成了M51的图像，其中包含一个方框，标记着可能的候选行星的位置。 图片来源：X射线：NASA/CXC/SAO/R.DiStefano, et al.；光学：NASA/ESA/STScI/Grendler 虽然这是一项诱人的研究，但还需要更多的数据来证实这是一颗银河系外的系外行星。其中一个挑战是，这颗候选行星的大轨道意味着它在大约70年内不会再次在其双星系统前穿过，这使得几十年来对其进行确认观测的任何尝试都无法实现。 “不幸的是，要确认我们看到了一颗行星，我们可能要等几十年才能看到另一次凌日现象，”加州大学圣克鲁兹分校的共同作者尼娅·伊马拉（Nia Imara）说。“由于轨道运行时间的不确定性，我们无法确切知道何时进行观测。” 光线变暗是否可能是由X射线源前面经过的气体和灰尘云造成的？研究人员认为这是一种不太可能的解释，因为M51-ULS-1中观察到的事件的特征与这种云的传播不一致。然而，候选行星的模型与数据是一致的。 “我们知道我们正在提出一个令人兴奋和大胆的声明，所以我们希望其他天文学家会非常仔细地研究它，”新泽西州普林斯顿大学的共同作者朱莉娅·贝恩特森（Julia Berndtsson）说。“我们认为我们有一个强有力的论据，这个过程就是科学的运作方式。” 如果这个系统中存在一颗行星，它很可能有一段动荡的历史和暴力的过去。该系统中的一颗系外行星将不得不在创造中子星或黑洞的超新星爆炸中幸存下来。未来也可能是危险的。在某个时候，伴星也可能爆炸为超新星，并以极高的辐射水平再次炸毁这颗行星。 迪·斯特凡诺和她的同事们利用钱德拉和欧洲航天局的XMM-牛顿望远镜，在银河系之外的三个星系中寻找X射线凌日现象。他们的搜索覆盖了M51中的55个系统，梅西耶101（风车星系）中的64个系统，梅西耶104（草帽星系）中的119个系统，从而产生了本文描述的单一系外行星候选者。 作者将在钱德拉和XMM牛顿的档案中搜索其他星系中更多的系外行星候选行星。钱德拉的大量数据集可用于至少20个星系，包括一些像M31和M33的星系，它们比M51近得多，因此可以探测到较短的凌日现象。另一个有趣的研究方向是寻找银河系X射线源中的X射线凌日，以便在不寻常的环境中发现附近的新行星。 这篇自然天文学论文的其他作者是瑞安·厄克特 （Ryan Urquhart，密歇根州立大学）、罗伯托·索里亚 （Roberto Soria，中国科学院大学）、维奈卡沙普 （Vinay Kashap，CfA）和塞隆·卡迈克尔 （Theron Carmichael，CfA）。NASA的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心由马萨诸塞州剑桥控制科学操作，由马萨诸塞州伯灵顿控制飞行操作。 图片来源：X射线：NASA/CXC/SAO/R.DiStefano, et al.；光学：NASA/ESA/STScI/Grendler；插图：NASA/CXC/M.Weiss 从NASA的钱德拉X射线天文台了解更多信息。 如欲了解更多钱德拉图像、多媒体和相关资料，请访问: http://www.nasa.gov/chandra 参考来源： https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/chandra-sees-evidence-for-possible-planet-in-another-galaxy.html