新型天文光谱仪帮助寻找宜居系外行星

该图片展示了在麦克唐纳天文台的霍比·埃伯利望远镜洁净舱室的密闭空间中安装的“宜居带行星探测仪”。

据美国“科学日报网”（ScienceDaily.com）2月21日消息称，《光学》杂志2月20日刊发的一篇研究论文阐述了美国宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University，简称Penn State）的一个研究小组研发了一种新型天文光谱仪——“宜居带行星探测仪”（Habitable Zone Planet Finder，简称HPF），它可以对太阳附近其他恒星发出的红外信号进行迄今为止最精确的测量，从而让他们能够探测到那些围绕太阳系以外的低温恒星运转、表面有条件拥有液态水的行星。HPF能够以极高的精度测量恒星的径向速度。测量方法就是观察和捕捉恒星在被沿轨道运行的行星牵引时在光谱颜色上所发生的细微变化，而这是发现和确认新行星存在的关键信息。

HPF被安置在美国德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin，简称UT-Austin）的麦克唐纳天文台（McDonald Observatory）中，它的观测目标是在生命宜居带（其中行星表面可能存在液态水的星际区域）中太阳邻近的低温M矮星周围运行的低质量行星。M矮星以充当类地行星的宿主恒星而闻名，不过由于它们的规模和磁场活动仅仅能通过斑点和耀斑的形式表现出来，这种恒星是暗淡无光的。这就给目前现有的可见光探测仪器带来了一个技术难题。因此，HPF配有一台10米的霍比·埃伯利望远镜（Hobby Eberly Telescope），它可以通过近红外光（一种波长最接近可见光的不可见红外光）在这类恒星显得更明亮、但相对没那么活跃的特定波长上观察它们。

UT-Austin天文学和天体物理学副教授、HPF项目的首席研究员Suvrath Mahadevan介绍道：“HPF被建造得非常稳定，并且我们增加了一个被称为‘激光频率梳’（laser frequency comb）的校准器，用以提高精度。”该激光梳是由美国国家标准与技术研究所（National Institute of Standards and Technology，简称NIST）定制的，它可以将单个波长的光波分离成单独的光线，这种像梳齿一样的功能可以被用作标尺以校准来自恒星的近红外能量。这种多种技术的融合使研究人员能够在观测巴纳德恒星（离太阳最近的恒星之一）的近红外径向速度时实现前所未有的高精确度。

麦克唐纳天文台的高级研究科学家Mike Endl解释道：“我们特别感兴趣的是，在生命宜居带中离太阳最近的恒星周围寻找围绕其运行的类地行星。这些行星赋予了我们更好地详细描述和研究这类天体的机会，因为HPF的激光频率梳使我们能够达到探测这些小行星所需的高精度。”不过，Mahadevan也表示：“探测近红外波长也具有巨大的技术挑战。”例如，由于该仪器对红外线非常敏感，它在室温下释放出的热量会使探测器致盲失效，因此它需要被置于非常低的温度下工作。HPF的设计宗旨就是克服这些挑战，并提供对温度和压力的高度控制，而这两者的参数都对仪器的正常运作至关重要。

Penn State天文学和天体物理学资深科学家、HPF的系统工程师Fred Hearty补充道：“无论过去还是现在，在寻找或孕育生命的行星的所有已知手段中，宜居带行星探测仪都是获得突破的独特契机，我们在开发这一工具的过程中所取得的每一项进步都引发并揭示出更深层次、更微妙的挑战。”最后，Mahadevan将HPF及其激光梳校准仪的成功归功于一个跨学科、跨机构的HPF研究团队，而这些研究成果将为近红外线方面的进一步研究打破壁垒、铺平道路，从而帮助在生命宜居带中发现更多的类地行星。”

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编译：Jonathan 

审稿：三水  

责编： 唐林芳

期刊来源：《光学》

期刊编号：2334-2536

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190221095054.htm

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