两台世界最大望远镜将会直接探测行星

球面行星成像仪将安装在欧洲的一个非常大的望远镜上。资料来源:G.HUEDEPOHL

在智利的两个山顶上，两个新的最先进的仪器将在未来几个月开始探测其他恒星周围的行星。到目前为止确认的1000颗系外行星中，绝大多数是由于微弱的星光而被间接探测到的。然而，这两个新设备(一个来自北美，另一个来自欧洲)将直接探测行星。它们是世界上最大的望远镜，将突破光学技术的极限。美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室双子座行星成像仪(GPI)主任布鲁斯·麦金托什(Bruce Macintosh)说:“经过10年的建设，看到设备投入运行真是太好了。”

全球定位系统是由美国和加拿大的一些机构联合建造的，已经安装在智利塞罗帕雄山上的8米双子座南方望远镜上。麦金托什说:“令人惊讶的是，设备集成进行得非常顺利。它将很快在斯坦福大学发挥作用。当我们操作它指向第一颗行星时，它运行良好。”1月7日，GPI团队发布了它的第一张外行星图像:Beta Pictoris b，一颗比木星大几倍的年轻行星，之前曾被间接观测到。GPI的调试将持续几个月。

与此同时，法国格勒诺布尔行星和天体物理研究所和其他欧洲机构制造的球面设备正在运往智利的途中。当它在本月晚些时候到达塞罗帕拉纳尔山时，它将被安装在欧洲南方天文台的8.2米望远镜上。德国海德堡马克斯·普朗克天文研究所的联合负责人马库斯·费尔德承认，这两个团队之间存在着友好的竞争关系。" GPI目前处于领先地位."他说。球面要到5月12日才开始第一次观测。

观察系外行星的尝试经常被比作在探照灯(比萤火虫亮10亿倍)中寻找萤火虫的尝试。天文学家使用日冕仪来阻挡恒星的光，但需要精密的光学设备来阻挡行星的强光，并弥补各种光学缺陷。

天文学家利用这些技术进行了直接观测，从而获得了七颗系外行星的图像，所有这些行星都比木星大，离母星的距离也比木星离太阳的距离远。大约10年前，研究人员开始优化探测系外行星的仪器。GPI和SPHERE是第一批完成的设备。为了消除地球大气的扭曲效应，这两个团队增加了另一项技术:适应性极强的光学仪器，在这种仪器中，镜子可以立即重置，以纠正大气扭曲造成的影响。GPI和SPHERE都配备了1000多个致动器，其调节能力可达每秒1000次。

两种设备都使用多级系统来消除杂散光和校正光路。GPI使光束通过一个小的圆形开口，开口边缘有大约10微米的点，这些点经过精心设计以防止散射，从而减少衍射光。在SPHERE中，在日冕阻挡了来自恒星的光之后，其他仪器将剩余的光束分成两批，将一批的波长减半，然后重新组合光束，从而消除来自恒星的剩余光。球体也有多个不同波长的探测器，所以恒星光将被电子删除。

尽管科学家们尽了一切努力，这些新设备只能探测到少数被认为潜伏在太空中的未被发现的系外行星。因为反射光太暗，新装置将聚焦在年轻的行星上，这些行星在形成时期仍然会放出热量。新设备不能观测比木星小的行星，所以当观测远离母星的行星时，它有最好的功能。外行星探测的另一个主要方法是探测由行星牵引引起的恒星摆动或由行星经过引起的暗淡恒星光。这种方法更适合近距离观察行星。

今年晚些时候，每台设备将开始大规模探索，目标是附近的500颗年轻恒星，观测围绕它们运行的行星，分析它们的光线，测量它们的温度、大气成分和云结构。

在未来10年开发出下一代30-40米的超级望远镜之前，GPI和SPHERE很可能成为获取系外行星图像的主要工具。然而，需要太空望远镜来观察地球大小的岩石行星。在过去的10年里，美国国家航空航天局的研究人员和欧洲航天局制定了雄心勃勃的行星成像计划，但它们一直停留在纸面上。埃索设备科学家马库斯·卡斯帕说:“这项工作非常昂贵，而且没有一项计划得到资助。”然而，一个更合理的计划仍在计划中:在世界首个项目中增加一个冠状动脉造影仪。WFIRST是美国宇航局开发的一个天文项目，可能在2024年左右进入太空。(米妮)(原名为“两个天体尖锐物将指向深空”)

《中国科学日报》(2014年2月24日，第三版国际版)