首次致力于系外行星大气层的太空任务获得绿灯

在欧洲航天局(ESA)于3月20日选定发展任务之后,世界上第一台专门研究系外行星大气的太空望远镜将于2028年发射。

“大气遥感红外系外行星大调查”(ARIEL)将以5,000万英镑(5.52亿美元)的预算建造,将绘制我们自身以外的1,000多个已知行星系统。伦敦大学学院的行星科学家,该任务的首席研究员Giovanna Tinetti说,其任务是了解行星化学与其环境之间的联系。到目前为止,系外行星探测主要集中在寻找新行星并测量其大小,质量和轨道。蒂内蒂说:“ RIEL真的可以给我们提供有关系外行星组成,它们如何形成以及如何演化的全貌。”

天文台上的光谱仪将研究穿过行星大气层穿过其主恒星表面或穿过行星大气层时过滤掉的光,从而揭示笼罩人体的气体的化学指纹。该仪器还将尝试通过研究恒星发出的光线在人体向后移动时如何变化来完善对行星温度的估计,从而揭示有关行星整体辐射的细节。蒂内蒂说,ARIEL将及时监控世界,并测量行星的化学和大气在其表面和季节之间如何变化。

模型测试

ESA科学计划委员会在巴黎的一次会议上选择了ARIEL,并选择了它作为另外两个入围的中型任务:一个X射线望远镜,用于研究来自黑洞等高能现象的光的偏振,以及一个探测器,用于探测黑洞。在近地空间中的等离子体行为此类任务的预算通常约为5,000万英镑,但ESA科学预算中其他地方的超支成本意味着ARIEL的建造费用将比以前的中型项目少7,000万英镑。

ARIEL是全球各地进行的几次系外行星飞行任务之一,但很少关注行星大气。美国宇航局(NASA)狩猎星球的飞行系外行星调查卫星和表征外行星的欧空局卫星任务(旨在测量行星的大小和密度)均计划于今年发射。柏拉图是欧洲航天局于2014年选择的先前的中型项目,它将在2026年发射后研究类地球系外行星的大小和质量。(NASA期待已久的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)是哈勃的继任者,该望远镜将于2019年发射升空,它也将能够研究行星大气。锘由于这是一种通用仪器,因此进行此类研究的时间将受到限制)

相模原市日本宇航局太空与宇航科学研究所的天文学家和系外行星研究者伊丽莎白·塔瑟(Elizabeth Tasker)说,这种新一代的望远镜将使科学家们能够测试行星的形成和组成模型。尽管地基望远镜已经在行星大气中凝视了近二十年,但它们可以覆盖的天空范围有限,并且地球大气层遮蔽了某些波长的光。蒂内蒂说,从地球与太阳之间的有利位置看,ARIEL将能够冲刷整个天空并看到比我们星球上可见的更大的波长范围。并且与JWST不同,ARIEL将能够同时收集光谱的可见和红外部分的数据。这意味着它将能够从一次飞行中进行相关的测量,避免了观测之间主恒星亮度变化可能引起的不确定性。

更大的图景

自1990年代初首次发现系外行星以来,已在2800个系统中确认了约3700个世界。ARIEL将专注于估计温度超过350℃的行星,因此不大可能拥有我们所知的生命,以及一系列质量,尤其是那些比几个地球质量重的质量。蒂内蒂说,研究温暖的行星的一个优势是它们的大气通常反映出人体的整体成分,而较冷的行星的化学物质可以凝结成云或固体层并保持隐藏。

东京工业大学的行星科学家Yuka Fujii说,探查绘制大量行星的能力对于建立行星大气与行星的形成和演化之间的关系的图片至关重要。

科学家经常关注可能掩盖生命的行星。但蒂内蒂说,但是到目前为止,研究揭示的系外行星类型和系统的多样性-以及人们日益认识到我们自己的系统可能是非典型的-使得了解更大的图景变得更加重要。她说,这些观察将建立一个“标准化学模型”,即行星化学如何取决于其恒星及其诞生条件。她说,在询问行星是否适合居住之前,将其与这种模型进行比较将成为必不可少的第一步。她补充说,否则,研究人员可能会过度解释签​​名,并误以为地球上可能存在生命。

剑桥麻省理工学院的行星科学家萨拉·西格说,由于没有研究行星大气的能力,天文学家一直在努力弄清迄今为止​​发现的神秘行星的多样性。她说,研究人员曾经极度怀疑Seager在1990年代后期开发的ARIEL技术是否会奏效。“这是一个完整的任务。那绝对是疯狂的。

自然555,571(2018)

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