NASA研究新光学技术寻找太阳系外行星 _研究

NASA研究新光学技术寻找太阳系外行星
自20世纪80年代末以来，美国航空航天局（NASA）戈达德太空飞行中心的科学家里克·莱昂（Rick Lyon），就一直在预研能够寻找其他恒星周围行星（即系外行星）的任务和技术。不过直到最近，他才开始相信在他的有生之年，NASA或许真的会发射探测器，去执行系外行星搜寻任务。
莱昂和NASA戈达德太空飞行中心的其他科学家及工程师已经组建了一个团队，研究3个拟议中的系外行星搜寻任务，它们分别是：系外行星成像日冕仪（Extrasolar Planetary Imaging Coronagraph，EPIC）、新行星观察者（New Worlds Observer，NWO），以及系外行星刻画任务（eXtrasolar Planet Characterization，XPC）。
13年前，天文学家发现并确认了太阳系外的第一颗行星。到目前为止，科学家已经证实了大约300颗系外行星，其中大部分是类似于木星的气体巨行星。不过，大多数行星都不是间接检测到的，因为这些恒星非常暗，以至于无法直接看到。相反，这些行星的存在是通过它们对主星的引力作用而显现出来的。
三个拟议中的计划将采用新技术削弱恒星光芒，从而直接检测系外行星——这是一项艰巨的挑战，用戈达德科学家马克·克莱平（Mark Clampin）的话说，就像“要在一个灯塔旁边分辨出一只荧火虫” 。哪个计划最终将胜出，现在还是未定之数。
【NASA研究新光学技术寻找太阳系外行星】削弱星光对于寻找系外行星来说至关重要，因为一颗恒星的星光远比围绕这颗恒星的任何行星反射的星光要强烈得多。如果没有星光削弱技术，系外行星将淹没在恒星的光芒之中。
消零日冕仪
可见光消零日冕仪（VNC）是一项很有希望的技术，能够直接检测到木星大小的气体巨行星并测量它的性质——这也是EPIC的科学目标之一。
VNC能够削弱星光，因为波可以彼此干涉并且抵消。对于水波和光波来说，都是如此。如果你往一个平静的池塘里同时丢两块石头，你就会看到水波在一些地方相遇时，水面平静如镜。在这些地方，一个水波的波峰遇到了另一个水波的波谷，两者便相互抵消了。
VNC的工作原理也是如此。它将望远镜采集的星光一分为二。一束光所经的路线比另一束光稍长一些，因此第一束光的步调便和第二束光错开了。当两束光再度汇合的时候，来自恒星的光线便会自行抵消，只剩下来自行星的光线。这种技术被称为干涉测量（interferometery）。
根据这一构想，VNC将与一台望远镜配合，利用干涉测量技术削弱星光，增强恒星周围区域的对比度。这种方法将让天文学家能够拍摄到这颗恒星周围的行星。
今年，EPIC小组受到国际研发基金会的资助，在一个隔绝振动的真空腔中演示VNC的威力。该实验的目的是要确认这一技术可以获得稳定的白光对比度。戈达德太空飞行中心光学部首席技术官佩塔尔·阿尔塞诺维奇（Petar Arsenovic）说：“我们打算在今年让对比度达到要求。这个技术是相当有可能实现的。”
遮星伞
NWO和XPC则致力于寻找位于主星可居住地带内的行星，也就是那些有可能维持生命活动的行星。尽管这两个任务在许多方面都有所不同，但它们都会采用可以展开的大型遮星伞。遮星伞将和望远镜编队飞行，两者间隔数千千米。
“NWO花形遮星伞的配置，以及位于遮星伞几何‘阴影’中的望远镜，让这套系统能够在不受星光干扰的条件下，拍摄到距离恒星仅0.05角秒的行星，”NWO小组成员道格·列维通（Doug Leviton）说。“要看清距离一颗恒星0.05角秒远的行星，就相当于要用肉眼看清坐在足球场另外一侧看台上的一位美女的眼睫毛。”
利用这种技术，NWO可以直接拍摄到系外行星，分析它们的光线，特别是寻找水、氧气和甲烷存在的证据，这些都是生命存在的标志。
XPC还将配备一个内部日冕仪，这个望远镜附件有助于遮挡恒星星光，让望远镜可以分辨围绕恒星旋转的行星，甚至寻找生命迹象。
莱昂说：“从原理上讲，这些方法全都有效，但它们在成本、技术储备及风险方面是否切实可行？你又要如何完成组装及测试？这就是我们做这些研究的目的，也就是明确哪一种方法风险最?。?能够在有限的预算和时间内建造完成，并给NASA、科学界和公众创造最多的价值。”
来源：环球科学