美国宇航局重力辅助:蓬松行星和强大的望远镜

天体物理学家Knicole结肠

科尼科尔·科隆,美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家,用位于加州雷东多比奇的诺斯罗普·格鲁曼公司的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测。信贷:Knicole结肠

目前已知的围绕其他恒星运行的行星超过4000颗,科学家们发现,许多这些系外行星与我们的行星非常不同。美国国家航空航天局有一整个舰队的航天器观察这些行星的不同方面。目前苔丝透明的EXOPLANET调查卫星,正在查看可能的行星附近的恒星。它有助于识别未来望远镜将进一步探索的候选人。即将到来詹姆斯韦伯太空望远镜将检查外产上的大气,并寻找关于它们是否可居住的线索。美国宇航局天体物理学家Knicole Colon描述了她在开普勒,哈勃,苔丝和韦伯任务的工作,并带我们参观了一些她最喜欢的行星。

吉姆·格林:詹姆斯·韦伯发射后,它将发现各种奇妙的东西,并提高我们对宜居性的理解。但是究竟需要怎样的测量才能告诉我们这些行星是否适合居住呢?

Knicole结肠:我们可以获得的任何信息都是为​​了帮助我们前进,真的可以暂停我们对宇宙的理解。

吉姆绿色:大家好,我是吉姆·格林,美国宇航局的首席科学家,我是“重力辅助”。在这一季的《重力辅助》中,我们要寻找地球之外的生命。

吉姆·格林: I’m here with Dr. Knicole Colon, and she’s a research scientist, an astrophysicist at NASA’s Goddard Space Flight Center, where she leads projects on the search for planets outside the solar system using the TESS space craft, and also planning for the upcoming James Webb Space Telescope. Welcome, Knicole, to Gravity Assist.

Knicole结肠: 感谢您的款待

Kepler-16b

2011年,美国宇航局的开普勒任务发现了一个名为Kepler-16B的星球,其中两个太阳落在了地平线上而不是一个。它被非正式地称为“Tatooine的”行星,因为Tatooine是卢克斯沃克尔家庭世界的名称,在科幻电影星球大战中。但与电影不同,Kepler-16B没有被认为可居住。这是Kepler-16b(以黑色显示)的插图及其主体恒星。信用:NASA / JPL-CALTECH / R。伤害

吉姆·格林: nicole,你为什么对系外行星这么感兴趣?

Knicole结肠:我喜欢外产上的。我喜欢思考外产上的,他们可以做些什么,他们的表面可能就像,他们有什么样的云,他们的生活是什么。I think all of that is fascinating, because we have eight planets in our solar system, plus a lot of other small bodies, and now we know of thousands of exoplanets, so that’s just a vast number, and so far they all seem really different, so that’s why I’m excited constantly to learn more and more and more about them.

吉姆·格林: Well, you know, I grew up in the ’60s, and we didn’t really have a good view of the Earth until Apollo 8, when we saw the Earth rise above the moon, and it completely changed my world view to where I understood this was my home, and it is a planet, and it can be compared against the others, and it really changed my perspective. So, you’ve grown up with that perspective already.

Knicole结肠:没错。我的意思是,我仍然是在发现系外行星之前出生的,所以我模糊地记得系外行星之前的一段时间,但我长大了,知道这不再是科幻小说了。确实有系外行星存在,我们可能并不孤单。

吉姆·格林: 对。其中一个可能看起来像我们叫地球的美丽蓝色大理石。

吉姆·格林:嗯,我们使用了各种望远镜,特别是除了基于空间的望远镜之外,您还特别使用了基于地面的望远镜,包括光学和近红外,寻找行星。你知道,像kilodegree非常小的望远镜过境调查望远镜一样望远镜已经用你和你的团队使用了。你能告诉我更多关于这个基础的望远镜吗?你在寻找什么?

Knicole结肠:当然。KELT凌日观测是我大约七年前参与的一个非常有趣的项目,这个调查的目标是在明亮的恒星周围发现巨大的行星,了解这些类型的行星有多普遍。因为在我们的太阳系中并没有这样的行星。这些行星的开放时间只有几天,所以它们的一年只有几天,如果你想这样想的话。有了KELT巡天,它实际上是一个非常可爱的小望远镜,因此得名,我们说它被称为千度极小望远镜是有原因的。它基本上使用42毫米的相机,也就是1.86英寸的光圈,它在寻找凌日现象,也就是测量恒星的亮度并寻找它们的周期性亮度下降。

Knicole结肠这个下降告诉我们,在那颗恒星周围有一颗行星,我们可以从地球的角度看到这一点。

吉姆·格林你什么时候开始用这个望远镜观测的?你发现了多少颗行星?

Knicole结肠:总共有26个外产上的Kelt调查。所以,我加入了大约一半的调查,所以它运作了大约14岁,15年。

吉姆·格林:哇。

Knicole结肠:是啊。这是一个很长的旅程,但实际上它刚刚关闭了操作,这部分是因为苔丝卫星的成功,全天过渡的外延调查卫星。所以,Kelt在鼎盛时期真的很强大。但…

吉姆·格林: 我懂了。

Knicole结肠:现在苔丝撕裂,但那没关系。

吉姆·格林:嗯,在你参与苔丝之前,你参与了另一个壮观的壮观太阳系外行星这就是开普勒太空望远镜。

吉姆·格林:事实上,开普勒持续时间远远超过我们称之为标称使命,而且它制作了各种各样的行星观察。现在成千上万的行星。那么,开普勒让你真的很兴奋的发现是什么?您认为最令人兴奋的发现是什么?

Knicole结肠:是啊。对我而言,我想我不得不说这是第一个小型星球的发现。所以,这被称为kepler-16b,这是一个轨道围绕两颗星的行星。对我来说,有一件事要想象在科幻小说中,你知道,在星球大战中,对吗?

吉姆·格林:没错。塔图因。

Knicole结肠:但是从这种行星制度的开普勒使命具有直接证据是如此令人兴奋。现在我们发现了一堆更多的圆形行星,所以它只是更令人兴奋的。

吉姆·格林: 对。我们不应该。是的。在涉及这些事情时,我们应该期待意外。是的,绝对。好吧,你也是一名成员哈勃太空望远镜科学团队。您与该团队的一些活动是什么,以及您是如何参与HST的?

Knicole结肠:对,几年前,我从NASA的艾姆斯和开普勒项目转到NASA的戈达德项目,我又一次得到了在哈勃团队工作的机会。部分原因是我有系外行星的背景,而目前的团队没有一个人有这方面的专门知识,所以我在那里做了很多推广工作,无论是在公众和科学界。首先,要让人们知道哈勃在太空中待了30年之后仍然很强大,这是很重要的一部分,但也要确保科学界有必要的资源来收集和分析哈勃的数据。我对系外行星科学有着特殊的态度。

吉姆·格林:现在你参与了戏弄使命。告诉我们更多关于苔丝。

Knicole结肠: 是的。现在有这么多令人兴奋的任务。苔丝真的......它在开普勒的遗产上建立。So, Kepler discovered thousands of exoplanets, but TESS now, it’s been up in space since 2018, so we just had the two-year anniversary of its launch, and in that time it’s discovered also hundreds to actually over a thousand candidate planets right now as well, too. But the difference with Kepler is that it’s discovering a lot of these planets around bright nearby stars, so stars that we can follow up then with other facilities, like Hubble, and really characterize these planets in detail and study their atmospheres.

吉姆·格林所以,开普勒的确观测了非常遥远的恒星周围的行星,而TESS正在寻找的明亮恒星,通常都离地球更近。在TESS的调查中有没有让你感到兴奋的行星?

Knicole结肠:当然。我在这里可能有点偏颇,但我要说,最令人兴奋的发现之一是我所在的团队做出的,它是一个围绕一颗小恒星的三颗行星系统。但有一颗行星比地球小,我们能看到这些明亮的附近恒星周围的景象真是不可思议,哈勃望远镜也已经开始研究它们了,以便开始了解它们的大气层可能是由什么组成的。

吉姆·格林: Well, you know, as you say, these kind of space telescopes will see these transits, that means watch the light of the star go down and then go back up because the planet moves in front of that star, but what we’d really like to do is confirm that, and that means figure out that orbit and then watch it happen again.

吉姆·格林:开普勒观察了这么多的行星,我们能够通过开普勒确定行星的分布。有没有出现惊喜?

Knicole结肠所以,作为一名系外行星科学家,我的目标是了解来自我们太阳系的行星有多常见。那么,木星有多普遍呢?地球有多常见,对吧?但是开普勒过来说,“等一下。最常见大小的行星实际上比海王星在我们自己的太阳系里。”所以,它的大小介于地球和海王星之间,而我们的太阳系中没有这样的东西。那么,为什么最普通大小的行星在我们的太阳系中找不到呢?这让我很震惊,这意味着我们还有很多东西要学。

吉姆·格林:是啊。实际上,这也是我的大惊小怪。你知道,接近它作为一个行星科学家,我想,“好的,当山墙崩溃时,我们会得到明星,但也会有一些大行星。”我会想到会有很多的兴奋剂,但情况并非如此。这些较大的行星,你叫超级地球,或迷你Neptunes,这是地球大小和海王星之间的,真的是这些新的行星是如此令人兴奋的研究。

吉姆·格林嗯,你提到了这种新型的行星。这就是你在寻找的最喜欢的行星类型吗,超级地球?

Knicole结肠你知道,这是其中之一。我有很多喜欢的。这当然是其中之一,因为它与我们的太阳系非常不同,但还有另一种我很感兴趣的新兴类别,它们被称为极低密度行星,或者我喜欢称它们为膨胀行星。它们的密度很低,想象一下有聚苯乙烯泡沫塑料的密度。这就是我们要讨论的。

Knicole结肠然而,它们的大小和木星差不多,所以这有点欺骗性。你会想,“哦,它们只是巨大的行星。”但它们的质量很低,我很好奇这些家伙是如何形成和进化的,并保持这种蓬松的大气的,因为这大概就是这里发生的事情。所以,找出答案-

吉姆·格林:没错。

Knicole结肠:......很有意思。

吉姆·格林: 的确。木星如果它是一个巨大的鱼缸,你可以把一千个地球放在那个鱼缸里,但是木星,它的质量只有地球的300倍。所以,这意味着它的密度比地球的要小得多。所以,有一些关于内核的东西,它的组成是什么,那里是否有岩石物质,所以在行星形成方面还有很多物理知识这些膨胀的大行星会告诉我们。

Knicole结肠:绝对的。

科尼科尔·科隆和艾丽莎·昆塔纳

美国宇航局天坛素物理学家Knicole Colon和ElisaQuintana与来自美国宇航局的一些外延代表团的贴纸。信贷:Knicole结肠

吉姆·格林:嗯,另一个你非常参与的另一个活动是我们的新,梦幻般的望远镜,詹姆斯韦伯太空望远镜。你在那个特定的任务中的角色是什么?

Knicole结肠:是啊。我很高兴能得到这个角色。它基本上围绕着所有的系外行星运转,所以我参与了所有系外行星的社区活动,无论是做公共宣传,还是与科学家交流韦伯如何可以研究系外行星,以及它已经在计划如何研究系外行星。所以,我们已经有了研究系外行星的项目,所以要确保他们知道第一年的科学计划。

Knicole结肠:真的,我也与其余的WebB团队合作,以确保我们拥有所有必要的工具,以便在我们获得它后分析EXOPLANET数据,这样我们就可以务必提取科学结果并从中学习他们。你知道,Tthat是最终目标。

Knicole结肠它基本上能够访问这些长红外波长,这是我们目前用太空望远镜无法访问的。不仅如此,它还提高了灵敏度,所以我们可以测量非常小的信号。例如,来自系外行星的大气层。但除了你知道的,科学和那些类型的观察能力,想想韦伯的技术方面真的很好。我的意思是,韦伯有一个巨大的,6.5米的主镜,它实际上是由18个独立的部分组成的,在望远镜发射后它们会展开,然后它们会作为一个单独的镜子。

Knicole结肠:所以,在太空中展开的整个过程真的很吸引人,确保它能够正常运行则是另一回事。更不用说韦伯还有一个相当于网球场大小的遮阳板,这将帮助韦伯保持凉爽,这样它就可以进行非常灵敏的测量。所以,所有这些不同的特殊组件组合在一起,确保我们可以做一些真正开创性的科学。

吉姆·格林:是的,所以韦伯是我们曾进入轨道的最大的太空望远镜,这对于它在那种红外范围内看到不同物体的能力方面应该是绝对的。在很热的空间中的任何东西都会产生它可以看到的信号,所以我们所有的行星仍然从他们制作时仍然冷却,而46亿年前。所以,我对WebB可以做的事情感到非常兴奋。不仅在我们的太阳系内看,而且望着各种外延肌肉。那么,你认为Webb的最大贡献是在看这些外产的方面的制作?

Knicole结肠韦伯将观察各种各样的行星,从像地球一样小的行星,它围绕比我们的太阳小得多的恒星运行,到围绕巨恒星运行的巨行星。所以,我认为韦伯真的能够提供给我们哈勃已经提供给我们的新信息。有了韦伯,我们就能找到确凿的证据证明系外行星大气中存在甲烷,一氧化碳,二氧化碳,这些化学物质,这些物质对于理解系外行星是如何形成的,它们的大气是如何形成的,它们是如何进化的非常重要?因为所有这些,再一次帮助我们了解太阳系的行星。所以,我们能得到的任何信息都将帮助我们进一步理解宇宙,真的。

吉姆·格林所以,如果韦伯看到了这些系外行星和它们的大气层,它会在红外线中寻找什么呢?

Knicole结肠:是的,韦伯观察系外行星有两种方式,我们已经讨论过韦伯观察凌日系外行星的方式。所以,韦伯会看到一颗行星从前面经过,或者有时它会看到行星从恒星后面经过,在这种情况下,不管怎样,你测量的是系统亮度的下降,然后你提取的信息作为光波长的函数。所以,在红外线中,你最终会发现光线的下降,这告诉你,“哦,这颗行星的大气中吸收了甲烷。”这是我们可以用韦伯望远镜看到的东西,我们可以对所有大小的系外行星做这个,从巨大的到小的,所以这真的很令人兴奋。韦伯将能够在很多行星上这样做。

Knicole结肠:但随后在翻盖方面,韦伯也有能力采取行星的直接图像。因此,它基本上就像有人可能会在手机上用相机拍照。Of course, though, the instruments on Webb are designed differently, so that when you’re taking a picture of a star with a planet, the instrument is designed so you suppress that starlight, because it’s super bright compared to the planet, and you just want that faint little glow from the planet, and that’s what we’re trying to get at here. And from that, similarly, you can say, “Oh, is there methane, carbon dioxide, whatnot in the atmosphere?” From that little pale dot.

Knicole Colon:The difficulty, of course, is that the atmospheres of rocky planets are really, really thin, and so Webb will be able to provide… we’ll say like a first glimpse into the atmospheres of rocky small planets that might be also the right temperature to have liquid water on their surface, and might be the right conditions to have life on their surface. But I think Webb is really the first step in a journey here, where we have future telescopes being designed right now and considered, that might be built, that could really push the boundaries even further and provide us with that really definitive evidence of, “Okay, this has an atmosphere conducive to life.”

吉姆·格林嗯,那真是令人兴奋。你个人认为地球之外有生命吗?

Knicole结肠你知道,我喜欢。我确实这么认为。我不知道会有什么样的生活,如果是一切像地球上发现的,但与此同时,地球有许多不同类型的生命存在在许多不同的环境,我只是不明白为什么不可能有地球以外的生活。也许我们会在我有生之年发现它。一个人可以希望。但是,

吉姆·格林:没有。我们必须做到这一点。我们正在追踪。

Knicole结肠:没错。

吉姆·格林所以,不要放弃。开始吧,我们开始吧。

吉姆·格林:嗯,膝骑,我总是想问我的客人告诉我那个事件或者发生了什么的那个事件或者,这让他们这么兴奋地让他们成为今天的科学家。我称之为重力辅助。那么,膝骑刀,你的重力辅助是什么?

Knicole结肠:如果我给出两个答案,没关系吗?

吉姆·格林:当然可以。是啊,有时候我们都需要一点额外的。

Knicole结肠:是啊。对我来说,这是两件同时发生的事。实际上,它归结为一个年轻的少年,我爱上了科幻小说的同时,我爸爸开始鼓励我对天文学感兴趣,和他的利益来自于这样的事实,他只是对一切都感兴趣,所以他看见我开始喜欢科幻小说,和某些电影真正的启发了我,他鼓励我去研究天文学。这些事情真的让我对成为一名科学家的想法感到兴奋,直到今天,我仍然对成为一名科学家感到兴奋,所以我想这一切都实现了。

吉姆·格林:嗯,我现在明白了,就像你说的,这是科幻小说的一部分,为什么你在发现塔图因星球时如此兴奋,它是一颗围绕两颗恒星运行的行星。但我听说你对卡尔·萨根写的《联系》这本书很感兴趣,后来又拍了一部关于在地球之外寻找生命的电影。

Knicole结肠:是的。100%。这是第一批真正让我震惊的书和电影之一。我是说,我在想如果我们找到生命会是什么样子?人类会作何反应?我们如何与他们沟通?等我长大了,我真的能做这样的事吗?不管多少年后,我还是来到了这里。

吉姆·格林:没错。

Knicole结肠:与TESS和Webb一起努力实现这一目标。

吉姆·格林:没错。确实。实际上,你是对的。我们也需要开始考虑一下会发生什么,或者会发生什么当我们肯定的宣布,地球以外的生命,以及我们要如何解释,我们如何与公众互动,我们会认为他们的交互,他们的反应,并试图预测。

Knicole结肠:是啊。这将是非常有趣的。这就是为什么我希望在那个发生时,我也会发生这种情况。在我的一生中。

吉姆·格林好吧,那就让它发生吧。我希望你这样做。我要你找到它。

Knicole结肠我会努力的。

吉姆·格林:好吧。嗯,很好。太好了。好的,妮可,非常感谢。我很高兴今天能和你们谈论你们丰富的经验以及我们在通过系外行星寻找地球外生命方面所取得的进展。

Knicole结肠:非常感谢你。我真的很高兴和你说话。

吉姆·格林好吧,下次和我一起继续我们的旅程,寻找地球以外的生命。我是吉姆·格林,这是你的"重力辅助"

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