系外行星猎手在寻找类地行星方面获得技术提升

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


欧洲南方天文台已经拥有世界上最好的行星探测工具之一,即HARPS光谱仪。HARPS安装在智利拉西拉天文台的3.6米望远镜上,是一种可以探测恒星运动中极其微小的摆动(可能由环绕行星的引力引起)的仪器。

但是,摆动或径向速度法最容易发现大型系外行星,其中一些比木星大许多倍,并且轨道非常靠近它们的主恒星。这些是对其母恒星施加最明显牵引力的天体。天文学家希望找到更像地球的世界:轨道中等长度的小型岩石世界,使行星与恒星保持温和的距离。

HARPS已经可以探测到导致其主恒星以每秒仅一米的速度移动的行星——大约是人类的步行速度。但是,即使是如此卓越的精度,其用途也有限。相比之下,地球对太阳施加的速度仅为每秒九厘米。要探测恒星光光谱分解中如此细微的变化,需要极其稳定的光谱用于校准和参考。这有点像使用一个好的音叉来检查钢琴键的音符是否稍微变低。


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现在,一组研究人员开发了一种校准技术,使径向速度搜索对更小、可能类地行星更加敏感。在5月31日出版的《自然》杂志上,德国加兴马克斯·普朗克量子光学研究所的托比亚斯·威尔肯及其同事报告称,他们使用一种名为激光频率梳的设备来增强HARPS的性能。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)

研究人员解释说,激光频率梳发出的一系列均匀间隔的光谱线——就像梳子的齿一样——“与梳子所稳定的原子钟一样精确和稳定。”(原子钟不是使用摆锤,而是使用原子在量子态之间振荡的频率作为计时的基础。)研究报告的作者称,作为一种极其可靠的参考光源,该设备使系外行星探测光谱仪能够测量每秒仅几厘米的运动,这“应该可以探测到宜居带中的类地行星”。

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