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 [转载]遥远行星散射神秘光线 或为水蒸气“倒映”(图) |
| 来自：科学探索 9小时前 |阅读原文
加州大学天文学家通过探测遥远系外行星大气“散射”出的神秘光线，以发现云层中是否存在水蒸气。
科学探索 来源：腾讯科技
据国外媒体报道，科学家发现系外行星仙女座ud（Upsilon Andromedae d）位于恒星周围的可居住带上，并推测这个行星系统中一颗巨大的卫星表面可支持液态水的存在，且在仙女座ud上可以看到大卫星的轮廓。这类行星还可能是一颗第二型系外行星（根据萨达斯基系外行星分类法）。科学家使用了偏振测量法探测系外行星大气中散射出的光线，从而发现行星上是否存在云层，及云层中是否有水蒸气存在。如果这个情况在仙女座ud的大卫星上发生，那么大气中将会出现白色的云层，而不是类似木星和土星大气中黄色、红色相间的云层。
目前，天文学家对银河系内行星或者系外行星的了解几乎都来自对它们轨道信息的研究探索。每当要观测的行星经过它们的恒星时（过境），恒星的光线就会穿过过境行星的大气，我们只要探测到这些光谱就能分析出大气中的成分。加州大学圣克鲁兹分校的天文学家斯隆维克托维兹（Sloane Wiktorowicz）认为：我们已知的大多数行星很少被观测到过境现象，因此我们对它们的大气组成一无所知。事实上，在已探测到的行星中仅不超过10%的行星已经被科学家分析过大气成分，其另一原因是行星的亮度仅是恒星的千分之一。
然而，维克托维兹和他的同事使用了一种新方法探索外星大气的成分，即探测行星散射出的光线。该方法可应用于过境和非过境系外行星的研究。可以揭开此前许多没有被探测过的系外行星大气之谜。为了解散射光的探索原理，可以将光波看成类似电场的行为方式，分布于四周的空间中。当来自恒星的光线在行星大气中发生了散射，就会在一个方向上就会出现偏振变化，这就有别于探测行星过境时的直射光线以及在行星表面发生反射的光线。
分析这类光线的技术主要使用了偏振器，不但可以探测外星大气是否存在，而且还能了解到其组成以及不同高度的大气结构。麻省理工学院天体物理学家萨拉·西格（Sara Seager）第一个建议使用偏振测量法对行星大气进行研究，通过对不同可将光波段的探测，可提供更多的关于目标行星大气的额外信息，比如大气中是否存在云或者雾等，这些信息都是其他方法所难以采集到的。
最典型的例子就是对金星云层的判断了。在早前对金星大气研究过程中，研究人员以为金星厚厚的云层中可能存在水。虽然直接使用光测量法并不是得出金星大气存在水的唯一途径，但在上个世纪70年代，科学家通过陆基望远镜偏振法发现金星的云层充满了硫酸液滴，接着又发射了金星探测器进行着陆勘察，证明了偏振测量法的结论是可靠的。
加利福尼亚大学圣克鲁斯分校天文学家格雷格劳克林（Greg Laughlin）认为：这是一种全新的视觉来观测太阳系之外的行星。我们虽然可以探测到它们的存在，但是很难获得关于这颗行星的物理信息等，因此该方法是极具价值的。对此，维克托维兹认为这项技术还能简化对系外行星的观测设备，比如只需要使用较小的天文台就可以探索这些行星的大气组成。尤其是耗资巨大的空间望远镜，比如詹姆斯韦伯空间望远镜就遇到资金困难的问题，这对未来的系外行星研究有着重要帮助。
但该方法也有一个缺点，即如果目标行星的轨道半径距离其公转的恒星太远，所探测的信号将非常微弱。这就意味着该技术只能用于探索距离恒星较近的行星大气，同时该方法也不适用于发现系外行星，目前发现系外行星的主力还是开普勒系外行星探测器，所属的“行星狩猎”计划进展顺利。
为了探测到遥远星光的偏振，维克托维兹和他的同事开发了特质玻璃的偏振器，振动频率可达到每秒数万次。最新的偏振器被称为POLISH2，拥有两组振动玻片可同时测量所有包含重要信息的偏振光。近两年，这种新型的偏振器被林克天文台三米直径的望远镜所使用，以探索系外行星大气，可为我们揭示距离我们数万光年远的行星表面。
虽然POLISH2已经拥有足够的精度探测系外行星大气，但是影响因素却来自地球本身。地球大气的扰动、反射镜面上的微尘都会干扰对目标行星大气成分的研究。仅需十米直径的望远镜就能分析大部分的系外行星，可以探测海王星大小的行星，其特征明显有别于体积接近木星的行星。与POLISH2类似功能的偏振器已经使用在欧美三十米直径望远镜上，而维克托维兹想要证明的是：可使越来越多的小望远镜能胜任这项观测。
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