天文学家利用先进望远镜探索系外行星的宜居性

艺术家绘制的恒星宜居带行星插图。恒星宜居带内的行星表面可能有液态水。资料来源：Cal Poly Pomona/B.Binder 编辑

天文学家们正在利用美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉 X 射线天文台和欧空局（ESA）的 XMM-牛顿天文望远镜，根据附近恒星是否会发出辐射，从而破坏我们所知的生命的潜在条件，来探索这些恒星是否会孕育宜居的系外行星。这类研究将有助于指导下一代望远镜的观测，这些望远镜的目标是首次拍摄到类似地球的行星图像。

一个研究小组对距离地球足够近的恒星进行了研究，未来的望远镜可以拍摄到这些恒星所谓宜居带中的行星图像，所谓宜居带是指行星表面可能有液态水的轨道。

任何行星图像都是单个光点，不会直接显示云层、大陆和海洋等表面特征。不过，它们的光谱--不同波长的光量--将揭示行星表面成分和大气层的信息。

有几个因素会影响行星是否适合我们所知的生命存在。其中一个因素是行星从其主恒星接收到的有害 X 射线和紫外线的数量，这些射线和紫外线会破坏甚至带走行星的大气层。

太阳附近恒星的三维地图，这些恒星距离地球足够近，未来的望远镜可以直接对其宜居带内的行星进行成像。位于恒星宜居带的行星表面很可能有液态水。利用钱德拉和XMM-牛顿对其中一些恒星（如蓝色光环所示）进行的研究表明，这些恒星周围最有可能存在宜居系外行星，其依据是第二个条件--它们是否接收到来自其轨道上恒星的致命辐射。资料来源：Cal Poly Pomona/B.Binder; NASA/CXC/M.Weiss

领导这项研究的波莫纳加州州立理工大学的布雷安娜-宾德（Breanna Binder）说："如果不对来自宿主恒星的X射线进行定性，我们就会错过一颗行星是否真正适合居住的关键因素。我们需要研究这些行星接受了何种剂量的X射线。"

宾德和她的同事们首先列出了一份距离地球足够近的恒星清单，未来的地面和太空望远镜可以在这些恒星的宜居带拍摄到行星的图像。这些未来的望远镜包括宜居世界天文台和地面超大望远镜。

根据利用钱德拉和XMM-牛顿的数据对其中一些恒星进行的X射线观测，宾德的研究小组研究了哪些恒星可能拥有适合生命形成和繁衍的行星。

研究小组研究了恒星的 X 射线亮度、X 射线的能量以及 X 射线输出变化的程度和速度，例如，由于耀斑造成的变化。更亮、能量更大的 X 射线会对环绕行星的大气层造成更大的破坏。

来自巴尔的摩郡马里兰大学的该研究共同作者萨拉-皮科克（Sarah Peacock）说："我们发现了宜居带的X射线辐射环境与地球进化时的环境相似，甚至更温和的恒星。这样的条件可能在维持像地球那样丰富的大气层方面发挥着关键作用。"

研究人员利用钱德拉近 10 天的观测数据和 XMM 约 26 天的观测数据，研究了 57 颗附近恒星的 X 射线行为，其中一些恒星有已知的行星。其中大部分是木星、土星或海王星等巨型行星，只有少数行星或候选行星的质量可能小于地球质量的两倍左右。

可能还有更多的行星绕着样本中的恒星运行，特别是那些与地球大小相近的行星，但至今仍未被发现。凌日研究，即从我们的视角寻找行星从恒星前方经过时的微小光点，会错过许多行星，因为要发现它们需要特殊的几何形状。这意味着在少量恒星样本中探测到凌日行星的几率很低，样本中只有一颗系外行星被凌日发现。

探测行星的另一种主要技术是通过探测环绕行星运行所引起的恒星摆动来实现的，这种技术主要对寻找相对靠近宿主恒星的巨行星比较敏感。

合著者、加州大学河滨分校的爱德华-施维特曼（Edward Schwieterman）说："我们不知道在下一代望远镜的图像中会发现多少颗与地球类似的行星，但我们知道对它们的观测时间非常宝贵，而且极难获得。这些 X 射线数据有助于完善目标清单并确定优先次序，可能会更快地获得与地球类似的行星的首张图像。"

这些结果已在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会第 244 次会议上公布。

美国国家航空航天局的马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉 X 射线中心在马萨诸塞州剑桥控制科学工作，在马萨诸塞州伯灵顿控制飞行操作。

编译自/ScitechDaily