在沙漠深处遥望宇宙

在智利阿塔卡马沙漠的高山上,天文学家可以观看到世界上最清晰的宇宙景观。一些天文学家正在修建史上最大的望远镜,放大数千个未知的行星。
几年后,新的极大望远镜(ELT)将会加入寻找系外行星的队伍,它的分辨率是哈勃望远镜的16倍以上。
在广阔无垠的宇宙中,除了地球所在的太阳系以外,还有许许多多的恒星、行星、星系,以及黑洞等。如果天文学家想要解开更多的宇宙谜题,就需要在宇宙中看得更远更清楚,为此,天文学家需要建造更大、精度更高的望远镜。目前,众多大型望远镜已经在计划和建造之中了,其中就包括极大望远镜(简称ELT)。ELT由欧洲南方天文台的十六个成员国共同承建,并选址于南半球的智利,这里是众多先进天文仪器的大本营。如果ELT建成,天文学家不仅能够找到上述问题的答案,而且还能直接观测外星天体。
奔赴南美洲的欧洲天文学家们
在智利拉西拉天文台的控制室中,来自意大利的研究员西蒙娜·奇切里正紧盯着一排监视器,她的手里拿着一张纸,上面潦草地写着几个坐标。接下来的一整晚,操作员会将望远镜锁定在这几个位置,奇切里需要一直守在这里,寻找太阳系外的行星。奇切里是每年前往智利的数百名国际天文学家之一,为了找到和确认新的行星,她可能需要在智利呆上几个月。
智利在天文学家心中的明星地位始于拉西拉天文台的建设。20世纪60年代初,世界上所有的大型望远镜都安装在北半球,天文学家只能看到半边的天空。然而为了研究银河系和麦哲伦星云的中心,欧洲的天文学家们不得不去南半球。
1962年10月5日,德国、法国、比利时、荷兰、瑞典五国在法国巴黎签署了一份协议,决定共同在南半球建立天文台,并命名为欧洲南方天文台(ESO),后来丹麦、芬兰、意大利等国家也陆续加入ESO。因为智利阿塔卡马沙漠气候极度干燥,平均每年只下6天的雨,而且空气十分干净,非常适合观测天空,所以当时的几个欧洲国家最终选定智利阿塔卡马沙漠为ESO的台址,并且联合在海拔2400米的地方建造了第一座南半球大型天文台——拉西拉天文台。(现在欧洲南方天文台在智利主要有三个观测地:拉西拉天文台、帕瑞纳天文台和拉诺德查南天文台。)
神秘天体充满宇宙
当拉西拉天文台于1969年3月落成时,天文学家还没有发现一颗系外行星。直到1995年,人们才第一次确切地观测到一颗距地球40光年的气体行星,它的运行轨道非常靠近恒星,每4个地球日就完成一次恒星环绕。从那以后,天文学家观测到的系外行星数量一直在不断增长,截至2019年2月10日,已确认的系外行星数量是3912颗。
这些新发现的行星有着各种各样的特点,有些甚至颠覆了我们原本对行星的认知。例如,距地球420光年以外,有一颗和土星十分相似的系外行星J1407b,它竟然拥有37个行星环,直径是土星的200倍,达9000万千米,因此它也被称为“超级土星”。另外还有一颗名为开普勒-16b的行星,它会围绕着两颗恒星运行,也就说在它的天空里会有两颗太阳。
在已经确认的全部系外行星中,70%的发现要归功于开普勒太空望远镜。2009年,美国国家航空航天局(NASA)将开普勒太空望远镜派往太空执行一项十分无聊的任务:连续4年来回扫描太空的同一小块区域。在扫描的过程中,开普勒会收集该区域约15万颗恒星发出的光,用一种间接的观测方法——凌日法寻找系外行星。由于行星相对于恒星来说非常小,比如:太阳包含了太阳系中99%的物质,可以容纳130万个地球,望远镜在非常远的位置将无法直接看到小小的行星。不过,如果太空望远镜位于太阳和地球的正前方,每当地球经过太阳和望远镜之间,它就会挡住一些阳光。对于系外行星来说也一样,如果望远镜探测到一颗恒星发出的光以固定的时间间隔减少,这意味着一颗或者多颗行星围绕着恒星旋转。2018年,开普勒太空望远镜由于燃料耗尽正式退役,不过它的成果十分丰硕,截至2019年2月10日,开普勒望远镜发现了已确认的2696颗系外行星,还有2896颗已发现但未经确认的行星。
寻找“跳舞”的恒星
天文学家们还远远没有完成对开普勒提供的大量数据的研究,奇切里的任务就是精确地调查一些候选的系外行星,以便正式确认它们的身份,她所使用的方法是寻找“跳舞”的恒星。
准确地说,这种方法叫做径向速度法,也叫多普勒光谱法,它来源于多普勒效应。那么什么是多普勒效应呢?
在沙漠深处遥望宇宙

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