歐洲南方天文臺(tái)（ESO）近日宣布，一架用于搜索系外行星的新設(shè)備，看到了來自宇宙的第一縷光線。這個(gè)名為巖石系外行星和穩(wěn)定光譜觀測(cè)階梯（ESPRESSO）能通過測(cè)量由行星引力引起的恒星光譜變化，探測(cè)系外行星。
對(duì)于這種技術(shù)而言，當(dāng)其更近軌道上有更多大質(zhì)量行星時(shí)，恒星擺動(dòng)的信號(hào)更大。ESPRESSO有超高分辨率、更寬的波長(zhǎng)范圍，并被安裝于位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）上，科學(xué)家希望它能分辨出具有與地球相似的質(zhì)量和軌道的行星。
“這是此類設(shè)備中全世界最成熟的。”英國(guó)劍橋大學(xué)天文學(xué)家Didier Queloz說。1995年Queloz與合作者發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞一顆標(biāo)準(zhǔn)恒星運(yùn)行的系外行星。
在系外行星科學(xué)發(fā)展的早期，這種“徑向速度”方法就是一種可選擇的技術(shù)，因?yàn)榛璋档男行翘^微弱，以至于人們無法在其附近恒星的耀眼光芒中看到它。而從地球上的觀測(cè)者的角度來看，一顆在軌的系外行星會(huì)反復(fù)“拖拽”其母恒星，而恒星速度變化可以利用其光的頻率的多普勒頻移被探測(cè)到。
實(shí)際上，徑向速度也稱視向速度，即當(dāng)行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其引力作用在恒星上，使恒星圍繞著恒星和行星的共同質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)。人們就是利用這種辦法發(fā)現(xiàn)了數(shù)百顆系外行星。
但近幾年來，該技術(shù)逐漸被凌日探測(cè)技術(shù)取代。當(dāng)行星通過恒星前方時(shí)，會(huì)讓恒星暫時(shí)變暗，就發(fā)生了凌日。自2009年開始，美國(guó)宇航局（NASA）的開普勒太空望遠(yuǎn)鏡就利用凌日探測(cè)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆系外行星。
由于它們的工作方式的不同，這兩種方法揭示了一顆系外行星的不同特征。兩者都揭示了行星軌道，但徑向速度指向了行星的質(zhì)量，而凌日則揭示了它的大小。當(dāng)然，在理想情況下，天文學(xué)家想要知道這兩者。
Queloz提到，研究人員開始“明白徑向速度對(duì)于質(zhì)量而言是必不可少的，這就讓人們對(duì)測(cè)量這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生興趣”。一些地基儀器一直在不停地測(cè)量系外行星的徑向速度，其中包括ESO的高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）和美國(guó)加州大學(xué)利克天文臺(tái)的自動(dòng)化行星探測(cè)器。但天文學(xué)家想要的更多。
這激發(fā)人們開始設(shè)計(jì)新一代光譜儀，以便使用不同技術(shù)尋找系外行星，并覆蓋不同的波長(zhǎng)范圍。上一代光譜儀可以測(cè)量每秒1米左右的恒星擺動(dòng)速度。例如，木星以每秒13米的速度拖拽太陽，但地球只能達(dá)到每秒9厘米的徑向速度。
而在新一代光譜儀中，ESPRESSO的目標(biāo)是類地行星，靈敏度為每秒10厘米，甚至更慢。來自瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的首席科學(xué)家Francesco Pepe說：“我們是第一個(gè)瘋狂地做到這一點(diǎn)的人?！?
可能它還無法找到地球的孿生兄弟，但ESPRESSO應(yīng)該能夠探測(cè)到比地球重3到4倍的超級(jí)地球，而且這些行星也圍繞著一顆類似太陽的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)。它也可以探測(cè)到在較小恒星周圍的地球大小的行星，在這樣的一個(gè)系統(tǒng)中，較弱的拖拽力就可以獲得更大的速度。
Pepe也承認(rèn)，與上一代相比，ESPRESSO并不是革命性的，更確切地說是擴(kuò)大了HARPS的技術(shù)，并被用于更大的望遠(yuǎn)鏡?！拔覀冋谝阅壳坝邢薜募夹g(shù)能力，做一些獨(dú)特的事?！彼f。
其中，一個(gè)最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)是激光頻率梳，它能將激光束分成數(shù)十萬相等頻率間隔的光學(xué)頻率序列，以提供一種參考網(wǎng)格來測(cè)量恒星光的多普勒頻移。Pepe說，他們?nèi)栽谂ψ岊l率梳覆蓋整個(gè)儀器的探測(cè)器
Queloz指出，ESPRESSO的力量在于它對(duì)更廣泛的波長(zhǎng)的敏感性，以及VLT巨大的光收集能力。在目前的徑向速度測(cè)量中，研究人員正在對(duì)抗恒星動(dòng)蕩大氣層引起的背景星光噪音。通過收集更多光線、覆蓋更多波長(zhǎng)，天文學(xué)家可以更好地“消除恒星大氣的影響”，他說。
VLT包括4個(gè)相同的8.4米望遠(yuǎn)鏡。而ESPRESSO的定位是，可以從任何一個(gè)或所有的望遠(yuǎn)鏡中獲得光?！八且粋€(gè)多面手，能完全適應(yīng)和融入VLT的靈活性。”Queloz說。
正太陽系外行星搜尋是目前天文學(xué)與天體物理學(xué)研究的熱門課題之一,視向速度法作為現(xiàn)有最常見的探測(cè)技術(shù),需要不斷地革新來提高探測(cè)效率。
