喜马拉雅山脉对地球轮廓的扭曲程度,只相当于台球上的一个人头发丝。辨别遥远恒星轨道行星上如此微小的凸起似乎是可笑的不可能,但两位天文学家提出了一种方法来探测系外行星上的山脉和其他地表特征。
哥伦比亚大学天文系研究生莫娅·麦克蒂尔是该提案的共同作者之一,该提案于四月份发表在《英国皇家天文学会月刊》上。她说,发现山脉可能有助于解决另一个关键问题:这些行星能维持生命吗?
地球上的生命显然依赖于行星自身的内在生命。板块构造循环碳并调节温度,地球磁场为我们提供了免受危险太阳风侵袭的屏障。山脉和火山是行星拥有,或至少曾经拥有过这种内在生命的迹象。
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天文学家现在已经识别出大约 3,700 颗行星,但除了它们的大小和质量之外,对它们的大部分情况知之甚少。大多数行星是通过所谓的凌星法探测到的,天文学家通过这种方法测量当行星在其前方轨道运行时,来自遥远恒星的光线略微变暗。麦克蒂尔和她的哥伦比亚大学同事大卫·基平提出的策略建立在该方法的基础上,但可能需要数十年才能建成的巨型望远镜。
天文学家的洞察力在于,一颗旋转的、多山的行星在凌星期间呈现出不断变化的轮廓,导致对光线下降的测量结果发生波动。根据保守估计,科学家们认为,观测凌星约 20 小时,分散在大约六个月的时间里,一台 74 米的望远镜可以准确测量像火星一样多山的行星的“凹凸不平”。对于今天的望远镜来说,这仍然是一个艰巨的任务,但更大的望远镜即将问世。
基平最担心这种方法的问题之一是遮蔽山脉的云层。麦吉尔大学的天文学家尼古拉斯·考恩没有参与这项研究,他也同意这一点。但即使没有云,他也担心大气吸收、散射和光线折射可能会破坏观测效果。“我怀疑,要使这种方法对行星有效,它可能需要是无空气的,”考恩说。然而,哥伦比亚大学的研究人员认为,他们可以通过观察不同波长的光来减轻这些影响。
即使天文学家设法确认了行星的凹凸不平,他们也需要额外的信息——例如液态水的存在、适宜的温度和大气层——来解释其对宜居性的影响。“没有任何单一的信息能够解决问题,”基平指出。