新光谱仪开始搜寻系外行星

新的超高分辨率光谱仪开始寻找系外行星。资料来源:韦森/埃索公司

欧洲南方天文台(ESO)最近宣布，一种新的寻找系外行星的装置看到了来自宇宙的第一缕光线。ESPRESSO被称为岩石系外行星和稳定光谱观测阶梯光栅光谱仪，可以通过测量行星重力引起的恒星光谱变化来探测系外行星。

对于这种技术，当有更多大质量的行星在其更近的轨道上时，恒星摆动的信号更大。ESPRESSO具有超高分辨率和更宽的波长范围，安装在智利的超大型望远镜(VLT)上。科学家希望它能区分质量和轨道与地球相似的行星。

"这是世界上同类设备中最成熟的一种."英国剑桥大学的天文学家迪迪埃·奎洛兹说。1995年，奎洛兹和他的合作者发现了第一颗围绕标准恒星运行的外行星。

在太阳系外行星科学发展的早期，这种“径向速度”方法是一种可选的技术，因为暗淡的行星太弱，在附近恒星耀眼的光线下看不见。从地球观测者的角度来看，轨道中的外行星会反复“拖动”其母星，恒星速度的变化可以通过利用其光频率的多普勒频移来检测。

事实上，径向速度也被称为表观速度，即当行星围绕恒星旋转时，其重力作用于恒星，导致恒星围绕恒星和行星的共同质心旋转。这就是人们如何发现数百颗系外行星的。

然而，近年来，这一技术已逐渐被公交检测技术所取代。当行星从恒星前面经过时，它会暂时使恒星变暗，并且会有一个过渡。自2009年以来，美国宇航局的开普勒任务已经发现了数以千计的系外行星使用过境探测。

由于它们的工作方法不同，这两种方法揭示了外行星的不同特征。两者都揭示了行星的轨道，但径向速度指向行星的质量，而轨道揭示了它的大小。当然，在理想情况下，天文学家想知道两者。

奎洛兹提到，研究人员开始“理解径向速度对质量至关重要，这使得人们对测量这些数据感兴趣”。一些地面仪器一直在连续测量系外行星的径向速度，包括欧洲航天局的高精度径向速度行星搜索器和美国加州大学利克天文台的自动行星探测器。但是天文学家想要更多。

这激发了人们设计新一代光谱仪，使用不同的技术来发现系外行星并覆盖不同的波长范围。上一代光谱仪可以测量每秒大约1米的恒星摆动速度。例如，木星以每秒13米的速度拖动太阳，但地球只能达到每秒9厘米的径向速度。

在新一代光谱仪中，ESPRESSO的目标是类地行星，灵敏度为每秒10厘米甚至更低。瑞士日内瓦大学的首席科学家弗朗切斯科·佩佩说:“我们是第一个疯狂这么做的人。”

它可能还不能找到地球的孪生兄弟，但是ESPRESSO应该能够探测到比地球重3到4倍的超级地球，而且这些行星也围绕着一颗类似太阳的恒星运行。它还能探测较小恒星周围的地球大小的行星。在这样的系统中，较弱的阻力可以获得较高的速度。

佩佩也承认，与上一代相比，ESPRESSO并不具有革命性，相反，它扩展了HARPS技术，并被用于更大的望远镜。"我们正在用有限的技术能力做一些独特的事情."他说。

最具挑战性的技术之一是激光频率梳，它可以将激光束分成几十万个频率间隔相等的光频率序列，以提供测量星光多普勒频移的参考网格。佩佩说，他们仍在试图让频率梳覆盖整个仪器的探测器。

奎洛兹指出，ESPRESSO的优势在于它对更宽波长范围的敏感性和VLT巨大的光收集能力。在目前的径向速度测量中，研究人员正在对抗大气中恒星湍流造成的背景星光噪声。他说，通过收集更多的光和覆盖更多的波长，天文学家可以更好地“消除恒星大气的影响”。

VLT包括4个相同的8.4米望远镜。ESPRESSO的立场是，光可以从任何或所有望远镜获得。"他是一个多才多艺的人，能够完全适应和融入VLT的灵活性."奎洛兹说。(唐毅宸编译)