热点即将到来：NASA 的钱德拉望远镜检查系外行星的宜居性
利用美国宇航局的钱德拉 X 射线天文台和欧洲航天局的 XMM-牛顿望远镜，天文学家正在探索附近的恒星是否可能拥有宜居系外行星，这取决于它们是否发射出可能破坏我们所知生命潜在条件的辐射。这类研究将有助于指导下一代望远镜的观测，旨在拍摄类似地球的行星的首批图像。一组研究人员对距离地球足够近的恒星进行了研究，未来的望远镜可以拍摄位于所谓宜居带的行星图像。宜居带是指行星表面可能存在液态水的轨道。他们的研究结果在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会第 244 届会议上公布。任何行星的图像都是单点光，不会直接显示云、大陆和海洋等表面特征。然而，它们的光谱（不同波长的光量）将揭示有关行星表面成分和大气的信息。这段视频的屏幕左侧显示了太阳附近的恒星的三维地图，右侧则显示了一颗恒星和一颗围绕它旋转的行星的戏剧性插图。左侧的星图显示许多不同颜色的圆点漂浮在一个三面盒子内。盒子的每一壁都以网格图案构成，直线像铁丝网一样水平和垂直延伸。蓝色的圆点代表美国宇航局的钱德拉和欧空局的 XMM-牛顿观测到的恒星。在盒子大约一半的位置悬挂着三个同心圆，它们围绕着一个中心点，这个中心点表示太阳的位置。这些圆圈代表 5、10 和 15 秒差距的距离。1 秒差距相当于大约 3.2 光年。在动画中，充满圆点的铁丝网盒子缓慢旋转，首先绕其 X 轴，然后绕其 Y 轴，提供对绘制的恒星的三维探索。来源：加州州立理工大学波莫纳分校/B. Binder；插图：NASA/CXC/M.Weiss有多种因素会影响行星是否适合生命存在。其中一个因素是行星从其主星接收到的有害 X 射线和紫外线的数量，这些射线和紫外线可能会破坏甚至剥离行星的大气层。“如果不对其主星发出的 X 射线进行分析，我们就会错过判断行星是否真正适合居住的关键因素，”这项研究的负责人、加州州立理工大学波莫纳分校的布里安娜·宾德 (Breanna Binder) 说。“我们需要看看这些行星接收了何种剂量的 X 射线。”宾德和她的同事们首先列出了一份距离地球足够近的恒星清单，未来的地面和太空望远镜可以拍摄这些恒星宜居带内行星的图像。这些未来的望远镜包括宜居世界天文台和地面极大望远镜。宾德团队利用钱德拉和XMM-牛顿望远镜的数据对其中一些恒星进行了X射线观测，以此研究哪些恒星可以拥有适宜生命形成和繁荣的行星。研究小组研究了恒星在 X 射线中的亮度、X 射线的能量以及它们在 X 射线输出中的变化程度和速度（例如，由于耀斑）。更亮、能量更高的 X 射线会对绕行行星的大气层造成更大的破坏。“我们已经确定了恒星，这些恒星的宜居带 X 射线辐射环境与地球进化时的类似，甚至更温和，”这项研究的合著者、马里兰大学巴尔的摩分校的莎拉·皮科克 (Sarah Peacock) 说。“这样的条件可能在维持像地球一样丰富的大气层方面发挥着关键作用。”研究人员利用钱德拉近 10 天的观测数据和 XMM 约 26 天的观测数据，研究了 57 颗邻近恒星的 X 射线行为，其中一些恒星拥有已知的行星。其中大部分是木星、土星或海王星等巨行星，而只有少数行星或行星候选者的质量可能不到地球的两倍。样本中可能还有更多围绕恒星运行的行星，尤其是那些与地球大小相似的行星，目前仍未被发现。凌日研究寻找行星从我们的角度经过恒星前方时光线的微小下降，但许多行星却被遗漏，因为需要特殊的几何结构才能发现它们。这意味着在小样本恒星中发现凌日行星的机会很低；样本中只有一颗系外行星被凌日发现。探测行星的另一种主要技术是通过探测行星绕恒星旋转引起的恒星摆动，这种技术主要适用于寻找距离主恒星相对较近的巨行星。“我们不知道下一代望远镜的图像中会发现多少颗类似地球的行星，但我们知道，观测这些行星的时间非常宝贵，而且非常困难，”论文合著者、加州大学河滨分校的爱德华·施维特曼 (Edward Schwieterman) 表示。“这些 X 射线数据有助于完善和确定目标列表的优先顺序，并可能使人们更快地获得第一张类似地球的行星图像。”
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