最敏感成像仪捕捉系外行星

石鑫华视觉

北京时间5月15日消息，美国太空网报道，安装在智利双子座南方望远镜上双子座行星成像仪（GPI）致力于拍摄环绕遥远恒星的系外行星，初步测试表明它是同类里敏感度最高的设备。这一设备的各个方面都被精确调整，以保持对明亮恒星附近昏暗行星的最大敏感性。这一成像器装配有成熟精密的“自适应性光学”系统，能够纠正地球大气层产生的模糊效应。它还配有日冕仪能够阻挡恒星光，使得周围的行星可见。

                               
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双子座行星成像仪拍摄的第一张绘架座β星b(Beta Pictoris b)的图片，后者环绕着恒星绘架座β星。在这张图片里，绘架座β星被遮掩使得它的光不会干涉行星的光。
今年1月，科学家们发布了利用GPI拍摄的系外行星的第一张光的图片。虽然这张照片发布于1月7日，它实际上是在2013年11月11日拍摄的，当时科学家们将GPI照相机和望远镜瞄准了系外行星绘架座β星b。
绘架座β星b距离地球63光年，它环绕着南方星座绘架座第二明亮的恒星绘架座β星。这颗行星发现于2008年，是颗气体巨星，宽度为木星的2/3，质量是地球的3000倍。近期科学家们测量了绘架座β星的日长，这是研究人员首次测定另外一个太阳系内行星的日长。
行星成像是一项非常具有挑战性的任务。例如，在反射的可见光下，木星比太阳昏暗10亿倍。而GPI的最新发现将星系成像对比度提高了50倍。成像器利用一张图片就监测到绘架座β星b，这张图片曝光时间仅为60秒，之后略微进行了图片处理。相比之下，之前的拍摄至少需要1个小时的曝光，且涉及大量的后期图片处理。

                               
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绘架座β星b的一天大约为8.1小时。
“GPI如此强大这让人激动不已，”研究首席作者、美国加州斯坦福大学的天文学家布鲁斯·马辛托什(Bruce Macintosh)这样说道。“当我们拍摄这颗行星的第一张图片时，能够看到这颗行星的存在不足为奇。相比之前需要耗费1小时的望远镜观测加上大量的高级图片处理，现在只需要1分钟的拍摄且无需大量的后期处理就能清晰的看到它，这真是不可思议。控制室内的每一个人都讶异不已但也非常高兴。”
利用GPI，科学家们发现绘架座β星b在位于相当于地球-太阳距离9倍的位置以20.5年的时间为周期环绕自身恒星，这一轨道距离比土星环绕太阳的轨道还要近一些。“我们可以观测到类似绘架座β星的年轻系统，它的行星才刚刚形成。由此我们可以了解到太阳系进化早期阶段的信息。”马辛托什说道。“填补行星分布的空缺非常重要，它有助于约束行星形成模型并为天文学家提供与太阳系类似的系统的相关信息。”
研究人员计算出在2017年下半年，系外行星过境恒星的概率有4%。“如果行星过境的确发生，这将不可思议——我们从未对过境行星进行直接成像。”马辛托什说道。行星过境的测量将帮助天文学家了解绘架座β星b的宽度，结合其它信息，科学家们可以核实它的温度以及行星的其它信息。
此外，GPI将分析所观测到的系外行星的组成部分。科学家们可以利用名为光谱仪的设备观测行星的光——这些光有不同的波长，有的是可见的，而大多数是不可见的——从而检测行星的组成部分。一个元素释放的光谱或者光的波长就像指纹，揭示了这一物质的本质。“组成成分是一窥大气特性的重要窗口，”马辛托什说道。“例如，系外行星强大的垂直风会毁坏甲烷，而后者正是我们期望发现的。”
GPI只分析巨大系外行星的组成成分，后者据科学家们所知并不适合生命的存在。为了分析类似地球的多岩石行星并查明它是否潜在宜居，“这需要一个极其巨大、30米宽甚至更大的地面望远镜，或者具备和GPI相同的控制恒星光和阻挡恒星光的成像光谱仪技术的强大太空望远镜。” 马辛托什说道。“现在利用GPI合作我们获得了巨大红色行星的光谱，这使得我们能够研发相应的科技和技术，希望有朝一日获得蓝色行星（类似地球）的光谱。”
研究人员计划花费一年左右的时间调试GPI以观测它的性能。今年11月科学家们计划利用成像仪扫描600多个附近的年轻恒星，以寻找更多系外行星。“电脑仿真表明我们应该能够获得20至50个新成像的行星，这是向前迈出的一大步。”这项研究被发表在5月12日的《美国国家科学院院刊》上。