2019-08-03 01:29:01
闪耀明星点亮寻找生命

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在寻找其他世界的生命时,天文学家将在距离光年远的行星上搜寻。他们需要从远处识别生命的方法 - 但是什么算是好证据呢?

我们自己的星球提供了一些灵感微生物充满了甲烷;光合作用植物排出氧气。也许这些气体可能存在于生命所在的任何地方。

但是,在与我们自己截然不同的世界上,非生物过程可以激发假定的生命迹象。科罗拉多大学博尔德分校的天文学家凯文·法兰西说,要想知道一个真正的信号,你必须超越地球本身,一直到它周围闪闪发光的恒星。

为此,法国和他的团队设计了SISTINE任务。飞行在探测火箭上进行15分钟的飞行,它将观察遥远的恒星,以帮助解释绕行轨道行星的生命迹象。该任务将于2019年8月5日清晨从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射。

当地球是一个坏的例子

地球在46亿年前形成之后不久,就被一股有毒的气氛笼罩着。火山喷出甲烷和硫磺。空气中的二氧化碳比现在的水平高出200多倍。

含有两个氧原子的分子氧进入现场并不是十亿年半。它是一种废物,被古老的细菌通过光合作用丢弃。但它启动了所谓的大氧化事件,永久改变了地球的大气层,为更复杂的生命形式铺平了道路。

“如果我们没有表面生命,我们的大气中就不会有大量的氧气,”法国说。

氧气被称为生物标志物:与生命相关的化合物。它在地球大气层中的存在暗示了潜伏在下方的生命形态。但是,正如现在已经证明的那样复杂的计算机模型,地球上的生物标记并不总是如此值得信赖,因为系外行星或宇宙中其他地方的行星围绕恒星运转。

为了证明这一点,法国指出了M-dwarf的明星。 M-dwarfs比我们的太阳更小更冷,占银河系恒星人口的近四分之三。为了解围绕它们行进的系外行星,科学家模拟了环绕M-矮星的地球大小的行星。很快就出现了与地球的差异。

M-矮星产生强烈的紫外线。当那盏灯撞击模拟的类似地球的行星时,它会从二氧化碳中扯掉碳,留下自由的分子氧。紫外线也会破坏水蒸气分子,释放出单个氧原子。气氛创造了氧气 - 但没有生命。

“我们称之为假阳性生物标志物,”法国说。 “你可以通过单独的光化学在地球上的行星上产生氧气。”

地球没有生命的低氧水平是一种侥幸 - 部分地归功于我们与太阳的相互作用。具有不同恒星的系外行星系统可能不同。 “如果我们认为我们了解一颗行星的大气,但却不了解它所绕行的恒星,那么我们可能会犯错误,”法国说。

要了解一个星球,研究它的明星

法国和他的团队设计了SISTINE以更好地了解主星和它们对系外行星大气的影响。对于来自附近系外行星主星的过渡区辐照的亚轨道成像光谱仪的简称,SISTINE测量来自这些恒星的高能辐射。通过对主星光谱的了解,科学家们可以更好地区分真实的生物标志物与其轨道行星上的假阳性。

为了进行这些测量,SISTINE使用光谱仪,一种将光分离成其组成部分的仪器。

“Spectra就像指纹一样,”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的天体物理学家Jane Rigby说道,他使用这种方法。 “这就是我们如何在我们的星球上以及在我们向宇宙观察的过程中发现什么是物质的。”

SISTINE测量的光谱范围为100至160纳米,一系列远紫外光,其中包括可产生氧气,可能产生假阳性。在此范围内的光输出随着恒星的质量而变化 - 不同质量的恒星几乎肯定会与我们的太阳不同。

SISTINE还可以测量耀斑或明亮的恒星爆炸,它们同时释放出强烈剂量的远紫外线。频繁的耀斑可能会使一个可居住的环境变成一个致命的环境。

SISTINE任务将搭乘Black Brant IX探空火箭。探空火箭在返回地球之前进行短暂有针对性的飞行进入太空; SISTINE的飞行大约需要五分钟观察时间。虽然简短,但SISTINE可以看到像哈勃太空望远镜这样的观测台无法进入的波长的恒星。

计划两次发射。第一个是8月份的White Sands,它将校准仪器。 SISTINE将飞越地球表面174英里,观测NGC 6826,这是一颗围绕着一颗白矮星的气体云,位于天鹅座约2000光年远处。 NGC 6826在紫外线下非常明亮,并且显示出清晰的光谱线 - 这是检查设备的明确目标。

经过校准后,第二次发射将于2020年在澳大利亚Nhulunbuy的阿纳姆航天中心进行。在那里,他们将观察半人马座阿尔法A和B的紫外光谱,这是三星半人马座阿尔法星系统中的两颗最大的恒星。在距离我们4.37光年远的地方,这些恒星是我们最接近恒星的邻居,也是太空行星观测的主要目标。 (该系统是Proxima Centauri B的所在地,也是最接近地球的系外行星。)

测试新技术

SISTINE的观察结果和用于获取它们的技术都是为未来的任务而设计的。

其中一个是美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜,目前将于2021年发射。深空天文台将看到中红外光可见 - 用于探测轨道上的M-矮星的外行星。 SISTINE观测可以帮助科学家从Webb无法看到的波长中了解这些恒星的光。

SISTINE还在其镜子上带有新型紫外检测器板和新的光学涂层,旨在帮助它们更好地反射而不是吸收极端紫外线。在SISTINE上使用这项技术有助于测试它们用于NASA未来的大型紫外/光学太空望远镜。

通过捕捉恒星光谱和推进未来任务的技术,SISTINE将我们所知道的与我们尚未学习的内容联系起来。那是真正的工作开始的时候。 “我们作为天文学家的工作就是将这些不同的数据集合在一起来讲述一个完整的故事,”里格比说。

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