国际主要系外行星探测项目介绍Ⅰ

DOI:10.19392/ki.1671-7341.201819116
国际主要系外行星探测项目介绍I
李㊀静㊀
闫正洲
西华师范大学物理与空间科学学院㊀四川南充㊀637000
摘㊀要:随着系外行星探测方法的日益成熟,系外行星探测取得了重要进展㊂利用多种探测方法,目前发现了3610颗系外行星㊂本文将对目前国际上采用速度法㊁凌日法的系外行星探测项目做简要介绍,主要包括其目标㊁设备㊁意义㊁主要成就及最新进展㊂在后续的文章中我们将继续介绍利用直接成像法和天体测量法方法的系外行星探测项目㊂
关键词:天体物理学;系外行星;探测方法1绪论
系外行星的探测和研究是目前国际天文学领域的研究热点之一㊂早在1995年,Mayor 和Queloz 就采用视向速度法在飞马座51附近发现了第一颗围绕主序恒星运动的木星质量级的系外行星飞马座51b㊂截止到2017年5月14日,已确认发现3610颗系外行星㊂[1]
美国宇航局(NASA)㊁欧洲航天局(ESA)㊁欧洲南方天文台(ESO)等机构连续密集地部署了多个系外行星探测计划㊂如NASA 的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)项目㊁开普勒(kepler)项目,ESO 的欧洲超大望远镜(E-ELT)㊁等探测任务㊂
通过搜索位于宜居带内接近地球质量的岩质行星,获取来自类地行星的光谱,分析其大气组成,可获知其是否有生命的存在㊂若能探测到系外生命,这意味着地球不是唯一存在啊生命的星球,这将是人类认识史上的一大突破,将为整个人类社会开启一片崭新的天地㊂
2利用径向速度法探测系外行星的项目介绍
径向速度法是通过搜寻系外行星所在的恒星母星相对地球视向速度方向发生相对运动时,行星受其影响所产生的微小波动,也叫做 多普勒效应法 ㊂
自动行星仪(Automated Planet Finder)由NASA 资助,位于汉密尔顿山㊂是一个2.4米的全自动望远镜并配备了高分辨率的光谱仪㊂探测目标是质量为地球质量5到20倍的行星(这类行星很可能有水,是岩质行星,并且具有大气层)㊂望远镜将在100光年范围内瞄准附近的恒星,并在6个月(5月至10月)内每天晚上进行观察,探测类地行星,寻找来自智能文明的信号㊂[2]
欧洲超大望远镜(E-ELT),直径39米,是世界上最大的光学/近红外望远镜,也是现存最大的天文项目,被誉为 世界上最大的眼睛 ㊂它将建在智利北部,目前正在建设当中㊂该项目获得第一束光的目标是2024㊂它将解决我们这个时代最大的科学挑战,是现代观测天文学的圣杯之一㊂它的目标是在宜居带内寻找其他恒星周围的类地行星㊂[3]
系外岩质行星稳定光谱观测阶梯光谱仪(Espresso)是一种超级稳定的光学高分辨率光谱仪,旨在提供高精度的径向速度(RV)测量㊂该设施将安装在VLT 的地下联合实验室(CCL),与迄今为止所建的其他仪器不同的是,它将从四个镜筒中获得光,然后将四个单位望远镜(UT)的光输入到摄谱仪中㊂由于Espresso 将从四个镜筒中获得光,因此它具有更灵活的观察时间㊂Espresso 的主要科学目标是:(1)测量岩石行星的高精度径向速度;(2)度量物理常数变化;(3)分析附近星系中的恒星化学成分㊂目前该仪器正处于为期三个月的欧洲初步验收阶段,预计将于2017年6月送往智利帕拉纳尔天文台(Observatory of Paranal)进行安装㊂[4]
太阳系外行星追踪(Exoplanet Tracker)项目,简称ET,是一种新型的相对多普勒径向速度(RV)仪㊂包括一个广角的迈克尔逊干涉仪和一个中分辨率光谱仪㊂ET 在2008年9月对大约11000颗附近的恒星进行了大规模观测㊂过去十年寻找系外行星的数量大约是3000颗恒星㊂MARVELS 的主要目标是提供最大的同质巨行星样本,以揭示巨型系外行星的多样性,以及巨型行星系统的形成㊁迁移和演化的模型㊂[5]
HARPS-N 摄谱仪是一种高精度的无线电测速仪,类似于智利的3.6米ESO 望远镜上的竖琴㊂它将安装在北半球拉帕尔马岛(加那利群岛),以便与美国宇航局的开普勒任务协同工作㊂HARPS-N 的主要科学依据是通过结合瞬变和多普勒测量来描述和发现类地行星㊂仪器已于2012年8月正式投入使用㊂[6]
霍比-埃伯利望远镜(HET)是世界上最大的光学望远镜之一,其有效孔径为10米,有78平方米,六角镜阵列由91个部分组成㊂它的设计是革命性的㊂它有一个固定的55o 旋转方位角,可以从麦克唐纳天文台看到81%的天空㊂HET 的设计和构造有一个独特的目标:以极低的成本收集大量的光㊂[7]
3利用凌日法探测系外行星的项目介绍
凌日法是观察恒星亮度在有行星横穿或路经其表面时发生的细微变化㊂
Evryscope 是一个望远镜组,设在拉古纳山天文台(MLO),目前正在建设中㊂它每隔2分钟监测一个重叠的8000平方米的视场,可以同时连续地指向可访问天空的每一部分,形成一个千兆像素级的望远镜㊂目前的系外行星调查仅限于100至1000平方米的视场,而Evryscope 的视野则要大得多㊂Evryscope 还在搜索记录日蚀的时序变化,以探测到在凌日系外行星和重叠双星系统中的非过渡物体㊂Evryscope 的极大地视野还可以用于搜索和描述邻近恒星附近罕见的微引力透镜事件㊂[8]
匈牙利自动化望远镜网络(HATNetwork)由7个小型望远镜组成,用于探测凌日系外行星㊂5个小型望远镜位于美国亚利桑那州威普尔天文台,2个位于美国夏威夷的Mauna Kea 天文台㊂经度的大分离使我们能够在24小时内连续地监测天空,从而降低了因观测中断而产生的假性信号㊂自2003年以来,HATNetwork 已经发现了60颗余系外行星㊂
南凯尔特人(KELT South)是南非的一个机器人望远镜,其核心科学目标是探寻明亮的恒星凌日行星㊂KELT South 由范德比尔特大学和南非天文台合作运作㊂它坐落在南非萨瑟兰的一幢大楼里,并有自动系统来测量天气,如果天气好的话,电脑就会打开建筑物的屋顶,望远镜也会指向向天空,收集观测到的所有行星的信息㊂该望远镜自2009年开始运行㊂由于要建立足够的观测来可靠地探测到一个短暂的行星的微小信号,必须观察至少3年才能开始在所获数据中寻找过渡㊂这个过程从2012年春季开始,目前正在进行中㊂
北凯尔特人(KELT North)是通过对系外行星的光度测量北部天空中一些最亮的恒星周围寻找热木星的广角搜索㊂该调查工作由俄亥俄州立大学和范德比尔特大学联合开展,观测设施位于亚利桑那州的Winer 天文台㊂该望远镜于2004年在Winer 安装,科学观测始于2005年㊂KELT 已宣布发现的行星有:KELT-1b㊁KELT-2Ab㊁KELT-3b㊁KELT-6b㊂
多地点的全天空照相机(MASCARA)项目,包括两组摄像机,分别位于北半球的La Palma 天文台,位于西班牙的加那利群岛和南半球的ESO 的智利北部La Silla 天文台㊂它的主要目的是找到最亮的凌日系外行星系统㊂为了让MASCARA 监视着夜空中最亮的星星周围的行星,每个MASCARA 组都配有5个摄像头㊂MASCARA 有望为未来的太阳系外行星提供最明亮的目标㊂La Palma 天文台的摄像机自2015年初开始运作,而La Silla 天文台于2016年10月开始运作㊂(下转第135页)
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1环境科学
科技风2018年7月
图2 双网+锚喷 初期支护示意图
5现场监测
该隧道软岩段采用 双网+锚喷 高强初期支护后,其累计变形量如下图3所示,隧道刚开挖后采用单层网支护,短短两天隧道累计变形量就达到9cm 左右,变形比较大,施工方马上调整支护方案,在原有支护的基础上又加一层锚网,施工完后隧道变形马上受到的较好的抑制,并趋于收敛
㊂
图3软岩隧道采用 双网+锚喷支护 累计变形量
6结论
(1)软岩隧道开挖后在其周围形成松动圈,处于松动圈范围内的破碎岩体传递地应力的方式发生很大变化,当隧道的初期支护强度不能够抵抗松动圈围岩的碎胀力时,隧道周围松动圈就会不断扩展,这样软岩隧道就会出现持续变形的现象㊂
(2)通过分析围岩松动圈扩展机理提出了一种快速抑制软岩隧道大变形的支护形式,及 双网+锚喷 高强初期支护,该支护通过双层网来抑制软岩隧道的松动圈碎胀力,同时双层网中间的喷射混凝土在双层网作用下处于双向应力状态,使其强度大幅提高,并通过现场监测论证了该支护形式的有效性㊂
参考文献:
[1]隧道工程施工管理现状及对策分析[J ].科学时代,2015,(05):170.
[2]刘从友.薄层软弱岩体流变研究[J ].山西建筑,2016,(30):81-82.
[3]董海龙.软岩巷道蠕变过程的动态仿真模拟研究[D ].淮南:安徽理工大学,2014.
[4]吴庆东.地下水封洞室围岩松动圈范围测试分析[J ].土工基础,2013,(2):128-131.
[5]兰付岭.主动支护与被动支护有机结合的原理分析[J ].科技创新导报,2010,(32).
[6]刘鹏祖.论防治隧道软岩大变形的技术研究[J ].城市建设理论研究(电子版),2014(19):179.
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(上接第120页)绿化树种选用方面,尽量减少随意性与盲目性,坚持原则,适地适树;二是树种规划中,应当考虑慢生(长寿)树种与速生树种的比例㊂三是进一步丰富植物种类,积极培育引进色叶树种,满足人们对色彩和审美的需求㊂四是重视发展乡土树种,以乡土树种作为城市绿化的骨干力量㊂选择观赏价值高㊁适应性强㊁病虫害少的树种,丰富城市的绿化景观;并且不断扩大乡土树种的应用范围,增加应用种类㊂
3.3严格管理,保护绿化成果,提高绿化管理水平
随着园林绿化建设的不断发展,绿化面积逐年大幅度增加,应在切实加强管理上下功夫:一是进一步加大执法宣传力度,建立一套完整的管理机制,严格管理,管出成效㊂大力宣传城市园林绿化法规,进一步提高广大市民的植绿㊁爱绿㊁护绿的意识和法制观念㊂二是园林部门积极参与工程项目规划审查
和竣工验收,确保各类建设项目的绿地率(绿地面积占用地总面积的比例)达到标准㊂[3]切实做到配套绿化设施与主体工程同步规划㊁同步征地,同步建设,同步验收㊂三是加强现有城市绿地和树木的保护管理,严禁占用城市现有绿地或改变规划绿地性质,严禁擅自砍伐或移植城市大树,旧城改造和道路拓宽要尽量保留原有树木㊂四是园林部门还应有计划地引进专业技术人才,加强技术力量,定期进行技术培训与交流,从整体上提高职工的业务素质和水平,提高养护管理水平,保护城市绿化景观效果和可持续发展㊂
参考文献:
[1]山海关人民政务网站区情概况.
[2]山海关区2016年底园林绿化统计资料.
[3]‘河北省绿化条例“第三章城市绿化第二十四条.
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(上接第128页)
新一代凌日调查(NGTS)项目由一组紧凑的望远镜组成㊂科学目标是在明亮的恒星上进行大范围的行星搜索㊂位于智利的欧洲南方天文台(ESO)的Paranal 天文台,其目的是为了从独特的天气条件中受益,并与VLT 和e –elt 协同进行后续科学研究㊂整个设施是在没有现场观察员的情况下完全自主的自动操作模式㊂这项调查的主要目标是寻找在海王星及其以下的大小范围内的凌日行星,以及直径在2到5个地球大小的明亮恒星㊂
4总结与展望
本论文对利用径向速度法和凌日法探索系外行星的主要国际项目从科学目标,设备,意义,主要成就以及最新进展方面进行了总结㊂可以看到,利用径向速度法的探测项目主要是针对光谱仪做了进一步的改进㊂这些光谱仪的速度测量精度最小的可以达到1米/秒的速度变化,未来主要利用视向速度法的有系外行星探测项目的望远镜基本上是大口径望远镜,比如39米的
欧洲超大望远镜项目(E-ELT)㊂对于利用凌日法探索的项目主要是对望远镜口径的改善,能够尽可能的增大视场,比如匈牙利自动化望远镜网络,由7个小型望远镜组成,并且分布在不同的地方,经度的分离,使得该望远镜可以24小时持续的观测㊂
参考文献:
[1]http ://exoplanet.eu /.
[2]http :// /telescope.html.
[3]http :// /public /teles-instr /elt /.[4]https ://obswww.unige.ch /wordpress /espresso /.[5]http :// /et /index.html.[6]https ://plone.unige.ch /HARPS-N.
[7]http :// /mcdonald /het /het_gen_01.html.
[8]http :// /science-plans /.
作者简介:李静(1986-),女,汉族,四川仁寿人,博士,天文系副主任,主要研究领域:银河系结构,天文技术与方法㊂
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环境科学。