2019-08-29 05:40:01
天文学家希望用地球指纹在太阳系之外寻找可居住的行星

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两位麦吉尔大学的天文学家为地球组装了一个“指纹”,可用于识别太阳系以外的一颗能够支撑生命的行星。

麦吉尔大学物理系学生伊芙琳·麦克唐纳和她的主管尼古拉斯·考恩教授利用SCISAT卫星对地球大气进行了十多年的观测,构建了地球的过渡光谱,这是一种红外光下地球大气层的指纹,显示了寻找可居住世界的关键分子。这包括臭氧和甲烷的同时存在,科学家们只有在地球上存在这些化合物的有机来源时才会看到这种情况。这种检测称为“生物印记”。

“少数研究人员试图模拟地球的过境频谱,但这是地球的第一个经验红外传输频谱,”考恩教授说。 “这就是外星天文学家在观察地球过境时会看到的情况。”

该研究结果于8月28日发表在“皇家天文学会月刊”杂志上,可以帮助科学家们确定在寻找类似地球的系外行星(行星绕太阳运行的恒星)的过程中寻找什么样的信号。 SCISAT由加拿大航天局开发,旨在通过研究太阳光通过大气中的颗粒来帮助科学家了解地球臭氧层的消耗。一般来说,天文学家可以通过观察星光在大气层中如何发生变化来分辨行星大气中的分子。仪器必须等待行星通过或越过恒星才能进行观察。利用足够灵敏的望远镜,天文学家可以识别二氧化碳,氧气或水蒸气等分子,这些分子可能表明行星是否适合居住或甚至居住。

Cowan在麦吉尔太空研究所(MSI)的一次午餐会上解释了系外行星的过境光谱,当时大气科学家兼MSI成员Yi Huang教授指出,该技术类似于地球大气层的太阳掩星研究,由SCISAT完成。

自20世纪90年代第一次发现系外行星以来,天文学家已确认存在4,000颗系外行星。在这个相对较新的天文学领域的圣杯是找到可能有生命的行星 - 地球2.0。

一个非常有前景的系统,可以容纳这样的行星,称为TRAPPIST-1,将成为即将于2021年发射的詹姆斯韦伯太空望远镜的目标。麦克唐纳和考恩建立了一个类似地球行星的大气层的模拟信号就像通过这个未来望远镜的眼睛一样,这是美国宇航局,加拿大航天局和欧洲航天局之间的合作。

位于40光年之外的TRAPPIST-1系统包含七个行星,其中三个或四个位于可能存在液态水的所谓“可居住区”。麦吉尔天文学家说,这个系统可能是一个寻找类似于地球指纹的信号的有前途的地方,因为行星围绕着一颗M-矮星,这是一颗比我们的太阳更小更冷的恒星。

“TRAPPIST-1是附近的一颗红矮星,它使其行星成为过境光谱的最佳目标。这是因为恒星比太阳小得多,所以它的行星相对容易观察,”麦克唐纳解释道。 “而且,这些行星绕着恒星运行,所以它们每隔几天运行一次。当然,即使其中一颗行星拥有生命,我们也不希望它的大气层与地球相同,因为恒星与星球是如此不同。太阳。”

根据他们的分析,Macdonald和Cowan确认Webb望远镜将足够灵敏,可以使用其仪器检测二氧化碳和水蒸气。如果花费足够的时间观察目标行星,它甚至可能能够检测到甲烷和臭氧的生物印记。

Cowan教授和他在蒙特利尔的系外行星研究所的同事们希望成为第一个发现我们家乡星球之外生命迹象的人。由麦克唐纳为她的高年级本科论文组装的地球指纹可以告诉其他天文学家在这次搜索中寻找什么。她将开始攻读博士学位。在秋季多伦多大学的系外行星领域。

“地球的经验红外传输光谱:不透明窗口和生物印记”,Evelyn J. R. Macdonald和Nicolas B. Cowan,于2019年8月28日在线发表于“皇家天文学会月刊”。

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