银河系中可能有10亿甚至更多类木行星围绕恒星运行

科学家比较木星与木星一样的行星

将木星与环绕其他恒星运行的类木星行星进行比较,可以让我们了解这些遥远的世界,并揭示我们太阳系形成和进化的新见解。(插图)

使用的数据美国国家航空航天局天文学家们希望能对朱诺号探测器有更好的了解木星以及银河系中许多类木行星。

我们的星系是各种各样的类木星世界的家园:热的、冷的、巨大的、只有我们的一半大小的微型行星。

天文学家表示,仅在我们的星系中,就有10亿甚至更多类似于木星的行星绕着太阳以外的恒星运行。我们可以利用它们来更好地了解我们的太阳系和银河系环境,包括寻找生命的前景。

事实证明,反过来也是正确的——我们可以把我们的仪器和探测器放在自家后院,把木星当作一个太阳系外行星了解有关这些遥远世界的更多信息。这是最好的机会,现在是朱诺,一个美国宇航局探讨了篮球场的大小,该篮球场的大小在七月到达木星,在太阳系最大的星球上开始了一系列长的循环轨道。朱诺预计将捕捉有史以来见过的天然气巨头的最详细的图像。随着科学仪器套件,Juno将拆除木星的浓郁气氛下的秘密。

研究系外行星(绕其他恒星运行的行星)的科学家们要有机会观测到星际探测器沿海岸进入离太阳系几十光年或数百光年远的系外木星轨道,即使有可能,也需要很长一段时间。但如果它们真的这么做了,可以肯定的是,这个场景会唤起朱诺的回声。

加州理工学院NASA系外行星科学研究所(NExSci)的天文学家戴维·恰尔迪(David Ciardi)说:“要了解我们在这些太阳系外行星上看到的东西,唯一的方法就是真正了解我们的系统,我们的木星本身。”

并非所有的Jupiters都是平等的

朱诺号对木星的详细检查可以为我们了解太阳系的历史和未来提供线索。到目前为止,已经确认的系外行星包括数百颗木星大小范围内的行星,以及更多更大或更小的行星。

所谓的热木星得名是有原因的:它们围绕恒星运行的轨道很紧,这使得它们非常热,在地球上只需几天时间就能完成一圈公转,相当于木星一整年的公转。然后一路炭火烤。

但是为什么我们的太阳系缺少一个“热木星”呢?或者,也许这就是数十亿年后等待我们的木星的命运——它会逐渐向太阳旋转,还是膨胀的未来太阳会膨胀到吞没它?

Ciardi说,不太可能说;这种行星迁移可能在太阳系的生命中发生。

他说:“为了迁移的发生,系统中需要有灰尘物质。”足以产生阻力。对我们的太阳系来说,这个迁移阶段已经结束很久了。”

他说,木星本身可能已经从太阳系更远的地方迁移过来,尽管没有人真正知道。

回顾过去

如果朱诺的测量有助于解决这个问题,他们可能会对理解木星对地球形成的影响 - 以及延伸,形成可能分散在星空中的其他“地球”的影响。

“朱诺正在加利福尼亚州迈夫特地区的美国宇航局研究中心研究科学家ElisaQuintana说,”朱诺正在衡量水蒸气。““这允许任务测量木星上的丰富氧气。氧气被认为与木星起源的初始位置相关联。“

如果木星的形成是从现在位置的大块冰开始的,那么我们在木星发现的较重的元素需要大量的水冰来携带。但是,一个在太阳系更远的地方形成,然后向内迁移的木星,可能是由更冷的冰形成的,这些冰携带着观测到的更重的元素和更少的水。如果木星更直接地由太阳星云形成,而没有冰块作为启动剂,那么它所含的水应该更少。测量水是了解木星形成方式和地点的关键一步。

这就是为什么“朱诺号”的微波辐射计可以测量水蒸气,从而揭示木星的古老历史。

“如果朱诺检测到高丰富的氧气,那么它可能表明这个行星形成得更远,”Quintana说。

1995年,美国宇航局的伽利略号探测器在木星上发现了强风和湍流,但预期的水似乎并不存在。科学家们认为,伽利略号的一次性探测器只是碰巧落入了大气中的一个干燥区域,但朱诺号将从轨道上调查整个行星。

混乱的早年

木星是在何时何地形成的,也可以回答有关太阳系“巨大碰撞阶段”的问题。“巨大碰撞阶段”是早期形成行星的星体之间碰撞和碰撞的阶段,最终形成了我们今天的太阳系。

我们的太阳系在它的早期历史中是非常容易发生事故的——也许不太像撞来撞去的台球,但却经常发生碰撞和小事故。

“绝对是一个暴力的时间,”Quintana说。“有数百万年的碰撞发生了。例如,月亮所形成的观点是原始地球和另一个身体碰撞;这种碰撞的碎片盘形成了月亮。有些人认为水星,因为它有这样一个巨大的铁芯,被剥离了它的地幔的东西击中了;它留下了大量的大核心。“

昆塔纳的部分研究涉及行星和太阳系形成的计算机建模。她说,梳理木星的结构和组成可以极大地增强这类模型。昆塔纳已经模拟了太阳系的形成过程,有木星的也有没有木星的,得出了一些令人惊讶的发现。

她说:“在很长一段时间里,人们认为木星对宜居性至关重要,因为它可能保护了地球,使其免受(在太阳系早期)不断涌入的撞击,这可能会破坏宜居性。”“我们在模拟中发现,情况几乎恰恰相反。当你加上木星的时候,吸积时间会更快,对地球的撞击也会更剧烈。行星大约在1亿年内形成;到那时,太阳系已经结束了增长,”昆塔纳说。

“如果你把木星拿出来,你仍然会形成地球,但时间尺度是数十亿年而不是数亿年。地球仍然会受到巨大的撞击,但次数较少,冲击能量也较低。”她说。

到达核心

另一个关键的朱诺测量可以在行星形成的黑暗历史上揭示新的光线是特派团的重力科学实验。juno到美国国家航空航天局的深空网的无线电传输频率的变化将有助于映射巨星的引力场。

了解木星的核心的本质可以揭示行星所形成的速度如何,刺激木星如何影响地球的形成。

探测器上的磁强计可以通过测量木星的磁场,进一步了解木星的深层内部结构。

“我们对木星的磁场了解不多,”Ciardi说。“我们认为它是由地球内部深处的金属氢产生的。木星的磁场非常强,比地球的强得多。”

绘制木星的磁场图也可能有助于确定太阳系以外存在外星生命的设想的合理性。

地球的磁场被认为对生命是重要的,因为它类似于保护屏蔽,将可能有害的带电粒子和宇宙射线远离表面。

“如果像木星一样的行星轨道在可能存在液态水的距离上,那么木星就像的星球本身可能没有生命,但它可能会有可能潜在地留下生活的卫星,”他说。

他说,木星外的强烈磁场可以保护这样的生命形式。这让人联想到电影《阿凡达》(Avatar)中的月球潘多拉星球(Pandora),那里居住着10英尺高的类人生物,它们驾驶着巨大的、会飞的掠食者穿越一个奇异的外星生态系统。

朱诺号的发现不仅对了解系外木星如何影响系外地球或其他可居住行星的形成具有重要意义。它们对下一代寻找外星世界的太空望远镜也至关重要。凌日系外行星测量卫星(苔丝)将于2018年6月或更早地开始对Exoplanets的附近明亮星进行调查。该詹姆斯·韦伯太空望远镜预计将于2018年发射WFIRST(广角红外巡天望远镜)预计将于本世纪20年代中期发射,它将试图直接拍摄围绕其他恒星运行的巨型行星的图像。

Ciardi说:“我们将能够对行星进行成像并获得光谱,”或者从系外行星上获取可以揭示大气气体的光轮廓。朱诺号对木星的发现将有助于科学家们理解这些来自遥远星球的数据。

“研究太阳系就是研究系外行星,”他说。研究系外行星就是研究我们的太阳系。他们一起去。”

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