國際主要系外行星探測項目介紹 I

李靜 閆正洲

摘要：隨著系外行星探測方法的日益成熟，系外行星探測取得了重要進展。利用多種探測方法，目前發(fā)現(xiàn)了3610顆系外行星。本文將對目前國際上采用速度法、凌日法的系外行星探測項目做簡要介紹，主要包括其目標、設(shè)備、意義、主要成就及最新進展。在后續(xù)的文章中我們將繼續(xù)介紹利用直接成像法和天體測量法方法的系外行星探測項目。

關(guān)鍵詞：天體物理學；系外行星；探測方法

1 緒論

系外行星的探測和研究是目前國際天文學領(lǐng)域的研究熱點之一。早在1995年，Mayor和Queloz就采用視向速度法在飛馬座51附近發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞主序恒星運動的木星質(zhì)量級的系外行星飛馬座51b。截止到2017年5月14日，已確認發(fā)現(xiàn)3610顆系外行星。[1]

美國宇航局（NASA）、歐洲航天局（ESA）、歐洲南方天文臺（ESO）等機構(gòu)連續(xù)密集地部署了多個系外行星探測計劃。如NASA的詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）項目、開普勒（kepler）項目，ESO的歐洲超大望遠鏡（EELT）、等探測任務(wù)。

通過搜索位于宜居帶內(nèi)接近地球質(zhì)量的巖質(zhì)行星，獲取來自類地行星的光譜，分析其大氣組成，可獲知其是否有生命的存在。若能探測到系外生命，這意味著地球不是唯一存在啊生命的星球，這將是人類認識史上的一大突破，將為整個人類社會開啟一片嶄新的天地。

2 利用徑向速度法探測系外行星的項目介紹

徑向速度法是通過搜尋系外行星所在的恒星母星相對地球視向速度方向發(fā)生相對運動時，行星受其影響所產(chǎn)生的微小波動，也叫做“多普勒效應(yīng)法”。

自動行星儀（Automated Planet Finder）由NASA資助，位于漢密爾頓山。是一個2.4米的全自動望遠鏡并配備了高分辨率的光譜儀。探測目標是質(zhì)量為地球質(zhì)量5到20倍的行星（這類行星很可能有水，是巖質(zhì)行星，并且具有大氣層）。望遠鏡將在100光年范圍內(nèi)瞄準附近的恒星，并在6個月（5月至10月）內(nèi)每天晚上進行觀察，探測類地行星，尋找來自智能文明的信號。[2]

歐洲超大望遠鏡（EELT），直徑39米，是世界上最大的光學/近紅外望遠鏡，也是現(xiàn)存最大的天文項目，被譽為“世界上最大的眼睛”。它將建在智利北部，目前正在建設(shè)當中。該項目獲得第一束光的目標是2024。它將解決我們這個時代最大的科學挑戰(zhàn)，是現(xiàn)代觀測天文學的圣杯之一。它的目標是在宜居帶內(nèi)尋找其他恒星周圍的類地行星。[3]

系外巖質(zhì)行星穩(wěn)定光譜觀測階梯光譜儀（Espresso）是一種超級穩(wěn)定的光學高分辨率光譜儀，旨在提供高精度的徑向速度（RV）測量。該設(shè)施將安裝在VLT的地下聯(lián)合實驗室（CCL），與迄今為止所建的其他儀器不同的是，它將從四個鏡筒中獲得光，然后將四個單位望遠鏡（UT）的光輸入到攝譜儀中。由于Espresso將從四個鏡筒中獲得光，因此它具有更靈活的觀察時間。Espresso的主要科學目標是：（1）測量巖石行星的高精度徑向速度；（2）度量物理常數(shù)變化；（3）分析附近星系中的恒星化學成分。目前該儀器正處于為期三個月的歐洲初步驗收階段，預(yù)計將于2017年6月送往智利帕拉納爾天文臺（Observatory of Paranal）進行安裝。[4]

太陽系外行星追蹤（Exoplanet Tracker）項目，簡稱ET，是一種新型的相對多普勒徑向速度（RV）儀。包括一個廣角的邁克爾遜干涉儀和一個中分辨率光譜儀。ET在2008年9月對大約11000顆附近的恒星進行了大規(guī)模觀測。過去十年尋找系外行星的數(shù)量大約是3000顆恒星。MARVELS的主要目標是提供最大的同質(zhì)巨行星樣本，以揭示巨型系外行星的多樣性，以及巨型行星系統(tǒng)的形成、遷移和演化的模型。 [5]

〖JP3〗HARPSN攝譜儀是一種高精度的無線電測速儀，類似于智利的3.6米ESO望遠鏡上的豎琴。它將安裝在北半球拉帕爾馬島（加那利群島），以便與美國宇航局的開普勒任務(wù)協(xié)同工作。HARPSN的主要科學依據(jù)是通過結(jié)合瞬變和多普勒測量來描述和發(fā)現(xiàn)類地行星。儀器已于2012年8月正式投入使用。[6]〖JP〗

霍比埃伯利望遠鏡（HET）是世界上最大的光學望遠鏡之一，其有效孔徑為10米，有78平方米，六角鏡陣列由91個部分組成。它的設(shè)計是革命性的。它有一個固定的55o旋轉(zhuǎn)方位角，可以從麥克唐納天文臺看到81%的天空。HET的設(shè)計和構(gòu)造有一個獨特的目標： 以極低的成本收集大量的光。[7]

3 利用凌日法探測系外行星的項目介紹

凌日法是觀察恒星亮度在有行星橫穿或路經(jīng)其表面時發(fā)生的細微變化。

Evryscope是一個望遠鏡組，設(shè)在拉古納山天文臺（MLO），目前正在建設(shè)中。它每隔2分鐘監(jiān)測一個重疊的8000平方米的視場，可以同時連續(xù)地指向可訪問天空的每一部分，形成一個千兆像素級的望遠鏡。目前的系外行星調(diào)查僅限于100 至 1000平方米的視場，而Evryscope的視野則要大得多。Evryscope還在搜索記錄日蝕的時序變化，以探測到在凌日系外行星和重疊雙星系統(tǒng)中的非過渡物體。Evryscope的極大地視野還可以用于搜索和描述鄰近恒星附近罕見的微引力透鏡事件。[8]

匈牙利自動化望遠鏡網(wǎng)絡(luò)（HATNetwork） 由7個小型望遠鏡組成，用于探測凌日系外行星。5個小型望遠鏡位于美國亞利桑那州威普爾天文臺，2個位于美國夏威夷的Mauna Kea天文臺。經(jīng)度的大分離使我們能夠在24小時內(nèi)連續(xù)地監(jiān)測天空，從而降低了因觀測中斷而產(chǎn)生的假性信號。自2003年以來，HATNetwork已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了60顆余系外行星。

南凱爾特人 （KELT South）是南非的一個機器人望遠鏡，其核心科學目標是探尋明亮的恒星凌日行星。KELT South由范德比爾特大學和南非天文臺合作運作。它坐落在南非薩瑟蘭的一幢大樓里，并有自動系統(tǒng)來測量天氣，如果天氣好的話，電腦就會打開建筑物的屋頂，望遠鏡也會指向向天空，收集觀測到的所有行星的信息。該望遠鏡自2009年開始運行。由于要建立足夠的觀測來可靠地探測到一個短暫的行星的微小信號，必須觀察至少3年才能開始在所獲數(shù)據(jù)中尋找過渡。這個過程從2012年春季開始，目前正在進行中。

北凱爾特人 （KELT North）是通過對系外行星的光度測量北部天空中一些最亮的恒星周圍尋找熱木星的廣角搜索。該調(diào)查工作由俄亥俄州立大學和范德比爾特大學聯(lián)合開展，觀測設(shè)施位于亞利桑那州的Winer天文臺。該望遠鏡于2004年在Winer安裝，科學觀測始于2005年。KELT已宣布發(fā)現(xiàn)的行星有：KELT1b、KELT2Ab、KELT3b、KELT6b。

多地點的全天空照相機（MASCARA）項目，包括兩組攝像機，分別位于北半球的La Palma 天文臺，位于西班牙的加那利群島和南半球的ESO的智利北部La Silla天文臺。它的主要目的是找到最亮的凌日系外行星系統(tǒng)。為了讓MASCARA監(jiān)視著夜空中最亮的星星周圍的行星，每個MASCARA組都配有5個攝像頭。MASCARA有望為未來的太陽系外行星提供最明亮的目標。La Palma天文臺的攝像機自2015年初開始運作，而La Silla天文臺于2016年10月開始運作。

新一代凌日調(diào)查（NGTS）項目由一組緊湊的望遠鏡組成?？茖W目標是在明亮的恒星上進行大范圍的行星搜索。位于智利的歐洲南方天文臺（ESO）的Paranal天文臺，其目的是為了從獨特的天氣條件中受益，并與VLT和e – elt協(xié)同進行后續(xù)科學研究。整個設(shè)施是在沒有現(xiàn)場觀察員的情況下完全自主的自動操作模式。這項調(diào)查的主要目標是尋找在海王星及其以下的大小范圍內(nèi)的凌日行星，以及直徑在2到5個地球大小的明亮恒星。

4 總結(jié)與展望

本論文對利用徑向速度法和凌日法探索系外行星的主要國際項目從科學目標，設(shè)備，意義，主要成就以及最新進展方面進行了總結(jié)。可以看到，利用徑向速度法的探測項目主要是針對光譜儀做了進一步的改進。這些光譜儀的速度測量精度最小的可以達到1米/秒的速度變化，未來主要利用視向速度法的有系外行星探測項目的望遠鏡基本上是大口徑望遠鏡，比如39米的歐洲超大望遠鏡項目（EELT）。對于利用凌日法探索的項目主要是對望遠鏡口徑的改善，能夠盡可能的增大視場，比如匈牙利自動化望遠鏡網(wǎng)絡(luò)，由7個小型望遠鏡組成，并且分布在不同的地方，經(jīng)度的分離，使得該望遠鏡可以24小時持續(xù)的觀測?！糐P〗

參考文獻：

[1]http：//exoplanet.eu/.

[2]http：//exoplanets.org/telescope.html.

[3]http：//www.eso.org/public/telesinstr/elt/.

[4]https：//obswww.unige.ch/wordpress/espresso/.

[5]http：//www.astro.ufl.edu/et/index.html.

[6]https：//plone.unige.ch/HARPSN.

[7]http：//www.as.utexas.edu/mcdonald/het/het_gen_01.html.

[8]http：//evryscope.astro.unc.edu/scienceplans/.

作者簡介：李靜（1986），女，漢族，四川仁壽人，博士，天文系副主任，主要研究領(lǐng)域：銀河系結(jié)構(gòu)，天文技術(shù)與方法。