Kunstnerens indtryk af ESA's Gaia Observatory. Kredit:ESA
NASA har indikeret, at 5.030 ekstrasolare planeter er blevet bekræftet i 3.772 systemer, med yderligere 8.974 kandidater, der afventer bekræftelse. Når næste generations instrumenter som James Webb Space Telescope (JWST) kommer online, forventes antallet og mangfoldigheden af bekræftede exoplaneter at vokse eksponentielt. Især forudser astronomer, at antallet af kendte terrestriske planeter og superjorde vil stige drastisk.
I de kommende år vil mulighederne for exoplanetstudier stige betydeligt, efterhånden som tusindvis af flere bliver opdaget. I en nylig undersøgelse beskrev et hold ledet af det kinesiske videnskabsakademi (CAS) et nyt rumteleskopkoncept kendt som Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Dette foreslåede observatorium vil søge efter jordlignende planeter i de beboelige zoner (HZ'er) af sollignende stjerner inden for cirka 33 lysår (10 parsecs) ved hjælp af en metode kendt som mikrobuesekund relativ astrometri.
Den gren af astronomi kendt som astrometri består i at tage præcise målinger af himmellegemernes positioner og egenbevægelser ved at sammenligne dem med baggrundsreferencestjerner. Eksempler på denne metode omfatter ESA's Gaia Observatory, som har målt bevægelsen af 1 milliard stjerner i Mælkevejen (samt 500.000 fjerne kvasarer) siden 2013. Disse data vil blive brugt til at skabe det mest præcise tredimensionelle kort over vores galakse nogensinde lavet.
I dette tilfælde foreslår forskere fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og flere kinesiske observatorier og universiteter et rumteleskop, der kunne tage højpræcise astrometrimålinger af sollignende stjerner for at opdage exoplaneter, der kredser om dem. Den foreslåede CHES-mission vil operere ved solen-Jorden L2 Lagrange-punktet - hvor NASAs James Webb Space Telescope (JWST) i øjeblikket opholder sig - og observere målstjerner i fem år. Disse mål vil omfatte 100 stjerner inden for 33 lysår fra solsystemet, der falder ind under typerne F, G og K.
Mens stjerner af F-typen (gul-hvide dværge) er varmere, lysere og mere massive end vores sol, er stjerner af G-typen (gul dværg) i overensstemmelse med vores sol - en G2V-stjerne i hovedsekvensen. I mellemtiden er stjerner af K-typen (orange dværg) lidt mørkere, køligere og mindre massive end vores sol. For hver stjerne, den observerer, vil CHES måle de små og dynamiske forstyrrelser induceret af kredsende exoplaneter, hvilket vil give nøjagtige estimater af deres masser og omløbsperioder.
Som et rumbaseret observatorium vil CHES ikke være udsat for interferens på grund af Jordens præcession og atmosfære og vil være i stand til at lave astrometrimålinger nøjagtige nok til at falde ind i mikrobuesekunddomænet. Dr. Jianghui Ji er professor ved CAS Key Laboratory of Planetary Sciences i Nanjing, University of Science and Technology, og hovedforfatter på undersøgelsen. Som han fortalte Universe Today via e-mail:
"For en jordmasseplanet ved 1 AU omkring en stjerne af soltypen ved 10 pct. er stjernens astrometrisvingninger forårsaget af Jordens tvilling 0,3 mikrobuesekund. Derfor er mikrobuesekundniveaumålingen påkrævet. Den relative astrometri for CHES kan nøjagtigt måle vinkeladskillelsen på mikrobuesekundniveau mellem en målstjerne og 6-8 referencestjerner. Baseret på målingerne af disse små ændringer kan vi opdage, om der er jordiske planeter omkring dem."
Specifikt vil CHES foretage de første direkte målinger af de sande masser og hældninger af jordanaloger og superjorder, der kredser inden for deres stjerners HZ og betragtes som "potentielt beboelige". Den primære nyttelast for denne mission, sagde Dr. Ji, er et højkvalitetsspejl med en diameter på 1,2 meter (ft) og et synsfelt (FOV) på 0,44° x 0,44°. Dette spejl er en del af et koaksialt tre-spejlet anastigmat-system (TMA), hvor tre buede spejle bruges til at minimere optiske aberrationer.
CHES er også afhængig af Mosaic Charge-Coupled Devices (CCD'er) og lasermetrologisk teknik til at udføre astrometriske målinger i området 500nm~900nm - omfattende synligt lys og det nær-infrarøde spektrum. Disse muligheder vil give betydelige fordele sammenlignet med transitmetoden, som fortsat er den mest udbredte og effektive metode til at detektere exoplaneter. I denne metode overvåges stjerner for periodiske fald i lysstyrke, som er mulige indikationer på planeter, der passerer foran stjernen (også kaldet transit) i forhold til observatøren.
Derudover vil CHES bistå i den overgang, der i øjeblikket finder sted i exoplanetstudier, hvor fokus flyttes fra opdagelsesprocessen til karakterisering. Som Dr. Ji forklarede:
"Først vil CHES gennemføre en omfattende undersøgelse af de nærliggende stjerner af soltypen på 10 pc'er væk fra os og detektere alle de jordlignende planeter i den beboelige zone via astrometri, i det tilfælde hvor transitmetoden ikke kan klare sig (såsom TESS) eller PLATO). [Dette] kræver de kant-på-baner for planeterne i forhold til observatørernes synslinje.
"For det andet vil CHES tilbyde de første direkte målinger af sande masser for 'Earth Twins' og super-Jorden, der kredser om vores nabostjerner, hvor planetmassen virkelig betyder noget for at karakterisere en planet. Til sammenligning kan [transitmetoden] generelt give planetens radius og bør bekræftes ved andre jordbaserede metoder, såsom radial hastighed.
"Endelig vil CHES give tredimensionelle baner (f.eks. hældninger) af terrestriske planeter, som også fungerer som et andet afgørende indeks involveret i planetarisk dannelse og karakterisering."
Artist’s impression of Earth-like exoplanets. Kredit:NASA/JPL-Caltech
These capabilities will help astronomers vastly expand the current census of exoplanets, which consists predominantly of gas giants (Jupiter or Saturn-like), mini-Neptunes, and super-Earths. But with the improved resolution and sensitivity of next-generation instruments, astronomers anticipate that the number of Earth analogs will grow exponentially. It will also improve our understanding of the diverse nature of planets that orbit sun-like stars and shed light on the formation and evolution of the solar system.
But the benefits of a next-generation space-based astrometry mission don't stop there. As Dr. Ji indicated, it will be able to assist with surveys that rely on the second-most-popular and effective exoplanet detection method, known as the radial velocity method (aka. Doppler spectroscopy). For this method, astronomers observe stars for signs of apparent motion back and forth ("wobble") resulting from the orbiting planets' gravitational influence. Dr. Ji said, "In addition, CHES can conduct joint measurements with high-precision radial-velocity instruments such as the Extremely Large Telescope (ELT) and Thirty Meter Telescope (TMT). [It can also] verify habitable planet candidates discovered by [this method], and accurately characterize planetary masses and orbital parameters."
Beyond that, CHES will help advance the frontiers of astronomy and cosmology by aiding in the search for dark matter, the study of black holes, and other research fields. This research will provide new insights into the physics that govern our universe, the formation and evolution of planetary systems, and the origins of life itself. Other observatories, such as the Nancy Grace Roman Space Telescope (and the ELT and TMT), will be able to conduct direct imaging studies of smaller exoplanets that orbit more closely to their stars—precisely where rocky HZ planets are expected to be found.
Combined with astrometry measurements that could reveal hundreds of rocky exoplanets in neighboring systems, astronomers could be on the verge of finding life beyond Earth. + Udforsk yderligere
Sidste artikelGymnasieelever måler Jordens magnetfelt fra ISS
Næste artikelFlyv mig til månen:USA, Japan sigter mod månelanding