太阳系外行星系统的形成及未来探测计划

太阳系外行星的探测与研究是目前国际上的前沿热门领域。近年来,随着一些关键探测技术的突破,以及空间望远镜的使用,相继发现了900多颗太阳系外行星。这些太阳系外行星系统的发现,对现有的行星形成和演化模型提出了新的挑战。首先介绍了两种目前比较公认的行星形成机制,并提出了系外行星探测的一些热点问题,指出未来太阳系外行星系统的探测计划重要目标之一是发现宜居行星。最后,简单介绍了将要实施或正在实施的一些国际国内太阳系外行星的探测计划。     

太阳系外行星的研究现状*

太阳系外行星探测是当今国际天文学研究的热点,其探测方法分为间接探测和直接成像。目前,已发现的上千颗系外行星主要是通过视向速度法和凌星法等间接方式探测到的,而直接成像技术将有望获取行星温度、大气等更全面的物理信息。其中,通过对类太阳恒星宜居带内的类地行星进行成像观测和大气光谱分析,将有望捕获太阳系外生命信号,进而解答“人类在宇宙中是否孤立？”这一基本科学问题,从而突破人类对生命的现有认识。因此,该领域的研究具有较高的公众关注度。     

前沿

正科学家意外发现一颗类似于地球的行星在搜寻系外行星时,科学家意外发现了一颗类似于地球的行星——TOI 700 d。这颗行星由美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星发现,它是一个遥远太阳系中的三个天体之一。它并不像周围的天体以及科学家发现的大多数行星,它的大小和地球类似。另外,它围绕恒星公转的距离允许其表面存在液态水。作为一颗与地球大小相当的行星,TOI 700 d还位于其公转恒星的宜居带,这对科学家来说十分重要。     

怪异行星大揭秘

当天文学家在20世纪90年代开始寻找太阳系外的行星时,他们都认为自己已经完全了解了行星的概念,认为围绕外星球恒星运转的行星都像是太阳系行星的"克隆兄弟",它们或者像地球一样环境宜人,或者像海王星一样是个冰冷的世界,或者像水星一样是由炽热的岩石组成等。迄今为止,科学家已经找到了250颗太阳系外行星,但令科学家们意想不到的是,很多天外行星都挑战着他们的常规想象和对行星的理解。瑞士日内瓦天文台天文学家斯蒂芬尼·乌德里说:"对太阳系的研究已经是过时的科学,我们以为自己理解了每样东西,可现在我们才发现,在宇宙中任何事情都有可能发生。"天文学家们不久前在希腊桑托里尼岛举行了一场会议,对他们眼中最怪异的天外行星进行了分类。     

生命是否只存在于地球?

虽然长期的努力尚未发现地球之外存在生命,但越来越多的证据表明,地球不可能是宇宙中唯一孕育生命的星球.在太阳系中,火星仍是发现地外生命最有希望的天体.火星探测和火星陨石研究都证明,它在早期历史上有过一个湿润的环境,其表面曾经有过河流、湖泊、甚至海洋,完全可以孕育和支撑生命活动.直至现在,火星的次表层等局部区域仍有地下水的活动.木卫二和其他外行星的卫星很可能存在冰下海洋,也是未来探测地外生命的重要目标.开普勒太空望远镜发现了大量的系外行星,其中一部分落在宜居带,并具有岩石表面,验证了宜居行星在宇宙中存在的普遍性.原始的球粒陨石、碳质小行星、彗星、星际尘埃等存在有大量复杂的有机分子,为构建生命体提供了关键的物质基础,是联系无机-有机-生命演化链条的重要环节.生命起源与地外生命的存在与否,不仅是最基本的自然科学问题,也是深空探测的重大科学目标.     

“开普勒”又发现219颗新的候选系外行星

正银河系充满了像地球一样的世界。这是开普勒空间望远镜给我们上的一课——作为美国宇航局(NASA)大型太阳系外行星搜寻项目,该望远镜又发现了219颗新的候选系外行星,使其总数达到4 034颗,其中2 335颗已被确认为真正的行星。这是该空间望远镜4年主要搜索工作的一项最终分析结果,并于2017年6月19日发布在一份最终目录中。在新的候选系外行星中,有10颗的规模与地球类似,分别坐落于其母星的宜居带内。宜居带行星是指与恒星距离适中、液态水可以存在的行     

系外行星真相

<正>太阳系外的行星是什么模样?科学家才刚开始有所知道科学家发现的系外行星(太阳系以外的行星)数量,就像涓涓细流已变成滚滚洪流。从发现第一颗系外行星以来才不过20几年,地面和空间观测技术的进步就让已发现的系外行星数量飙升至2000颗以上。这些系外行星中包括"热木星""超级地球"及其他奇异类型的行星。这些在太阳系中没有的行星类型,逼迫科学家把他们有关行星     

深空探测之前沿科学问题探析

深空探测的驱动力源于人类探索未知的天性,是科学研究的前沿领域之一.自二十世纪六七十年代的月球探测高潮以来,人类的深空探测任务已经实现了对太阳系八大行星等主要天体的探测,获得了大量的科学发现,同时也发现了更多未解之谜.进入21世纪以后,人类深空探测迎来了又一次高潮,参与探测的国家和探测任务的数量都有了巨大提升,技术的发展也提高了探测的成功率.从太阳系形成到生命出现并演化到智慧生物,太阳系经历了复杂的演化过程,地球和其他行星环境经历了剧烈变化.要证实和重建这个过程还有大量科学问题有待回答,需要依赖更多精密计划的深空探测任务去寻找线索.太阳系的形成与演化、行星宜居性、地外生命探索等是当前深空探测的核心科学内容.前太阳系物质组成、太阳系的初始状态、行星系统的形成过程是太阳系形成与演化研究的关键科学问题,类地行星沿不同路径演化的原因是行星宜居性研究的重要方面.地外生命探测是深空探测的核心内容之一,生命的起源与演化、地外生命信号识别、地球极端环境类比等是主要的研究内容.针对已经计划和正在论证的深空探测任务,系统梳理其中的前沿科学问题及其研究现状和研究手段,能够为深空探测任务的科学规划提供参考,孕育...     

系外行星探测新方式

正近些年来,科学家将越来越多的精力投入到太阳系外行星探索上,他们借助科学仪器利用不同方式寻找潜在的适宜人类居住的行星。2013年年底,一个全新的行星探测装置面世,这就是"双子座行星成像仪"。成像仪连接位于智利的双子座南站望远镜,通过其接收的红外波段信号,分析"嫌疑行星"的大气光谱,科学家们通过研究行星大气的光谱信息就能够初步判断目标是否是一颗系外行星了。     

宜居环境与地外生命

到2005年人们发现了150颗左右的行星,但不知道任何宜居系外行星的存在,对太阳系其他地方是否适宜地球生命也不太清楚,因此在Science创刊125周年专辑中重点强调了利用射电波段"聆听"地外智能生命所发出的信号.从更广义的角度来讲,人们关心地外生命是否存在;而这正与Science 125个科学问题中的第56个问题"太阳系的其他星球上现在和过去是否存在生命"相符合.在这篇解读中主要围绕以下4个方面讨论:(1)非碳基生命;(2)太阳系天体的宜居性;(3)太阳系外天体的宜居性;(4)发现宜居环境和地外生物的展望.     

到太阳系之外去

<正>一项大胆的计划正在成形,它可能将让飞行器造访太阳系之外离我们最近的行星。任何渴望一睹太阳系以外行星世界尊容的人,去年可以说收获了一个激动人心的礼物。科学家2016年8月报告说,他们发现了一颗环绕半人马座毗邻星运行、与地球大小相仿的行星,这颗行星具有潜在可居住性(即可能存在生命)。半人马座毗邻星距离地球4.22光年,是距离太阳系最近的恒星。     

电脑助我寻找外星行星生命

今天人类寻找地球外宇宙生命的活动正方兴未艾,天文望远镜被用来搜索其他行星上的智能生命;机器人已登上火星进行同样的探索;各种各样的太空探测器也已经或即将发射升空。而最新的方法是用计算机模型来预测宇宙生命是否存在,即预测哪些恒星拥有类地行星(类似地球的太阳系外行星)并在绕其运行。现在天文学家几乎每月都会发现一些与木星类似的太阳系外行星(外星行星)在绕着母恒星运行。设想如果有这样一颗行星正绕着另一颗十分遥远的恒星运行,它的体积比地球大得多,而且其表面全部被深达一英里的海洋所覆盖,那将会是一种怎样的情景。天文学家…     

太阳系外第一颗“适宜居住”区域内的行星

据英国Nature．2006，441：305报道，随着寻找太阳系外行星所用技术的发展．越来越多的太阳系外行星已被发现（超过170个）．所发现的行星也越来越小。近年来，研究人员已探测到7个被称为“热海王星”或“超级地球”的行星。这些行星的质量比地球大5～20倍．在绕与太阳相似的恒星的很近的轨道上运行（轨道周期为2～15天），现在，研究人员发现了第一个多星体系，由三个“海王星”质量的行星组成，     

唾手可得的太阳系外行星

太阳系外行星搜寻的耗资永远是昂贵的。然而,创造性的解决方案正在证明对于太阳系外行星的搜寻无需赤字便可"手到擒来"——在过去的十年里,天文学家对太阳系外行星的搜寻工作有很多值得庆祝的地方。在这段时间里,被发现的地外行星数目从50颗飙升到500多颗。尽管这些行星目前没有一颗同地球相似,但是美国宇航局(NASA)2009年发射的开普勒空间望远镜现仍然在数百颗候选者中进行筛选——它们中的一些很可能与地球环境类似。     

科学家发现“超级地球”

<正>近日,英国科学家宣称在太阳系附近一颗恒星的轨道上,发现了一颗"超级地球"。它的质量超过地球的3倍,气温约是零下238度。"超级地球"一般是质量大于地球的行星,但不像太阳系中海王星和天王星那样大。这颗新发现的行星被称为巴纳德b星,是距离地球第二近的已知的系外行星,且是夜空中运转速度最快的星。     

天文学家发现类地行星

<正>欧洲天文学家在距离地球4.3光年处的半人马座α恒星系统中发现了一颗质量与地球非常接近的行星,这颗行星也是太阳系周围类太阳恒星附近轨道上出现返照率最大的行星。在智利的欧洲南方天文台拉希拉观测站,科学家使用3.6米径的高精度视向速度法系外行星搜索器探测到了该天体的存在。半人马座α星是南方天空中最为耀眼的     

已知最小的系外行星

就太阳系以外的行星而言,越小就越理想,因为较小的行星更有可能与地球类似。前不久,在密苏里州圣路易斯举行的美国天文学会会议上,科学家们宣布发现了最小的已知系外行星。"这使我们有望发现许多适合人类居住的行星",剑桥麻省理工学院的天文学家萨拉·西格说,     

猎星时代

猎星之初 2008年11月,有科学家宣布说,他们用望远镜直接拍摄到了太阳系以外的行星围绕它们的恒星运行的图景.这是人们期盼已久的事,它使科学家们看到了寻找系外类地行星的新希望.此前人们已发现了300多颗系外行星,但那都是通过测量恒星引力、速度或光的变化而发现的,从来没有人用望远镜直接看到它们.美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的天文学家布鲁斯·马辛托什表示,现在看来,人类找到一颗类似地球一样的蓝色星球只是时间问题了.但他同时又说,"我们一直在试图理解宇宙中是否存在类似地球的行星,以及那里是否存在着生命,这次拍摄到系外行星只不过是我们在这条道路上迈出的一步而已".的确,这次用望远镜直接拍摄到系外行星     

2013年发现的热门系外行星

<正>截至去年止,发现了大约3 500个潜在的系外行星候选者。Kepler-62f相比于发现的任何位于宜居带的行星而言,去年四月被确定的这颗行星大小更接近地球,这颗行星围绕恒星公转的区域使得其表面水既不完全结冰、也不蒸发掉。这种"超级地球"仅比我们的地球大40%。HD 189733b这颗"热木星"很久以前就被发现了,但在去年,哈勃空间望远镜发现这颗"热木星"是蓝色的,这种蓝色来源于其炙热无比的系外行星上像雨一样飘落的融化玻璃。     

从首颗系外宜居行星说起

<正>法国科学家发现了太阳系外第一颗满足维持生命重要条件的行星。这是人类在寻找系外类地行星征程上获得的首项重要成果,将有助于科学家发现更多系外宜居行星甚至外星生命。已发现的太阳系外行星在宇宙中寻找类地行星和地外文明,是人类自古以来的愿望。在技术落后的古代,这一愿望仅能停留在想象之中。1995年10月6日,两位瑞士天文学家发现太阳系外第一颗行星,人类看到了实现这一愿望