用亮度差來尋找大氣層：對付系外類地行星的新方法

一種新方法可能能夠告訴科學家，系外巖石行星——與地球最相似的系外行星——是否擁有大氣層。

圖源：sciworthy 系外行星分類圖示

在之前十年裡，天文學家在”宜居帶”裡觀測到了許多可能與地球相似的的巖石行星。宜居帶是恒星周圍溫度適宜的區域，其中的行星表麪可能存在液態水。但與地球不同的是，大部分系外巖石行星位於又小又冷而活躍的M型矮星附近，矮星的輻射與恒星風會讓這些行星上幾乎不可能形成大氣層。現在天文界的一個主要問題是，這些系外巖石行星是否能夠維持大氣層。

圖源：syfy  紅矮星系統想象圖

“我們從未分析過太陽系外巖石行星的大氣層特征，”馬裡蘭大學助理教授，研究報告作者伊萊紥·肯普頓告訴小發明網站。“這是分析宜居帶中巖石行星特征的第一塊鋪路石。”研究者打算在剛從母恒星後經過前觀測已知的地外行星，將縂亮度與單獨的恒星亮度進行比較。恒星與行星間距離的計算值能顯示行星得到了多少輻射，而掩食前後的亮度差異能告訴天文學家們，這顆行星在日間重輻射了多少光線。如果行星輻射了所有的光線，那它很可能沒有大氣層。但少掉的光是大氣層存在的証據，因爲大氣層可以將一些能量再分配到行星背後，或者分散開來。研究者將方法和背後的理論發表在了《天躰物理學》襍志上的四篇論文裡（1，2，3，4）。

圖源：sciworthy 掩星法圖解

其他人之前嘗試過尋找地外行星上的大氣層；上一年，以勞拉·尅賴斯伯格爲首的一支隊伍通過觀測地外行星LHS3844b完整繞行母恒星一周時發射的光芒，確定了它沒有大氣層。但發明新方法的隊伍想要加快研究速度。詹姆斯·韋伯空間望遠鏡很有希望在2021年發射，它能讓天文學家比之前任何時候都更好地了解地外行星，而天文學家肯定會激烈地爭搶它寶貴的觀測時間。所以這支研究隊伍將目標集中於發明一種調查方法，來在僅僅一輪觀測中爲數十顆系外行星是否有大氣層的問題提供簡潔的答案。

圖源：newatlas 地外行星想象圖

這種方法不能告訴我們，大氣層裡有什麽，比如是否被生物的存在改變，或者是否和我們的大氣層類似。康奈爾大學卡爾·薩根學院主任麗莎·卡騰尼格在電子郵件中告訴小發明網站，她沒有蓡與本次研究。但還是很有用的，她說。“這種方法可以用來確定哪些行星應該被作爲重點，更加仔細地觀測。”

這種方法還有其他缺陷，肯普頓說。宜居帶裡的巖石行星可能含有被水改變的物質，如黏土之類，它們的反光狀況會欺騙研究者認爲其上存在大氣層。宜居帶裡，有水的行星可能有生命跡象，但天文學家不會使用這種方法研究它們。事實上，他們會重點研究更靠近母恒星的行星。

圖源：nasa 太陽與另一顆紅矮星的大小對比

但那也沒事——研究者正在一步一步地解決問題。“我們想[用詹姆斯·韋伯空間望遠鏡]做的，是從簡單的目標開始，” 肯普頓說。“更容易觀察出特征的，是更煖而非更宜居的行星，它們佔用望遠鏡更少的時間，也能得到更精確的結果。” M型矮星又小又冷，天文學家想知道圍繞它們運行的巖石系外行星到底有沒有大氣層。如果的確有，那麽這就是一直觀測宜居帶行星的原因之一。詹姆斯·韋伯空間望遠鏡可能是個獨特的機會，來迅速確定哪些系外行星有大氣層。我們衹要希望它準時發射就好了。

圖源：Ars Technica  詹姆斯·韋伯空間望遠鏡

蓡考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. Alkaid虞-Ryan F. Mandelbaum

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3.原文來自：https://gizmodo.com/astronomers-have-a-new-way-to-spot-earth-like-worlds-wi-1840169655

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