新望遠鏡能夠探測到系外行星山脈和其它景觀？
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【博科園-科學科普-留言評論或建議有驚喜哦~( ^_^)】對系外行星的研究在過去幾十年里突飛猛進。在地面觀測站和像開普勒任務這樣的航天器之間2792個系統共確認了3726個系外行星，622個系統擁有超過一個行星(截至2018年1月1日)。在未來的幾年裡科學家們預計由於下一代任務的部署將有更多的發現。
天文學家們利用這種過境（凌日）法，找到了一種方法來確定在系外行星上存在的山脈和其他特徵。圖片版權：NASA/Tim Pyle
其中包括美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)和幾座下一代地面觀測站。通過先進儀器和其他天文台不僅期望能發現更多的系外行星，而且還能發現新的和迷人的東西。例如哥倫比亞大學(Columbia University)最近的一項研究表明，利用過境（凌日）法研究系外行星的表面海拔是可能的。
這項研究最近發表標題是「發現有鼴鼠丘山的可檢測性」是由莫亞·麥蒂和大衛·基平和哥倫比亞大學的天文學助理教授大衛·基平和研究生一起進行的。根據他們在太陽系中使用物體所建立的模型，研究小組考慮了是否可以通過過境（凌日）法來揭示太陽系外行星的地形數據。
對太陽系外行星凌日的印象概念圖，圖片版權：QUB Astrophysics Research Center
回顧一下過境法(aka)，目前最流行和最可靠的方法是探測系外行星。它包括天文學家測量遙遠恆星的光曲線，並尋找亮度周期性的下降。這些下降是系外行星(即凌日)相對於觀測者的結果。天文學家通過測量恆星的光的傾斜度，以及變暗發生的時間，不僅能夠確定系外行星的存在，而且還精確地限制了它們的大小和軌道周期。根據McTier和Kipping所說：同樣的方法也可以揭示地理特徵的存在——例如，山脈、火山、海溝和火山口。
正如他們在研究中所指出的：代替直接成像，間接方法是天文學家用來揭示太陽系外行星表面數據的唯一方法。不幸的是沒有任何可以想像的方式，徑向速度，微透鏡，天體測量，和時間方法可以揭示出外行。這就留下了過境法，在這方面有一些潛力。「直接運輸方法措施行星的天空區域的輪廓相對於一顆恆星，假設地球本身並不發光…這一事實意味著的確是有一些潛力凌日揭示表面特性，因為地球的輪廓當然是扭曲的圓形輪廓由於地形的存在。
喜馬拉雅山脈的衛星圖像，由NASA的slandsat -7喜馬拉雅山脈的圖像成像圖片版權：NASA
換句話說當一顆行星在它的主恆星前面經過時，它周圍的光就可以通過微小的變化來測量。這些可以表明山脈的存在和其他大規模的特徵，比如巨大的裂縫。為了驗證這一理論，太陽系中的行星是在運輸過程中散射光線的模板，可以揭示大規模的特徵。是地球模擬行星會揭示喜馬拉雅山脈跑從北到南，有足夠的寬度跨度1°經度。
現在假設地球完成了一半的自轉，因為它從我們的視角過渡到它的母星，這就是我們看到地球上所有的特徵都不重複出現在它的輪廓上所必需的。作為我們的假想行星旋轉和喜馬拉雅塊移動的視圖中，輪廓的變化將導致不同的深處…最終火星將是理想的測試用例，因為它的體積小，表面重力低，以及活躍的內部火山活動，這使得它成為了他們所說的「太陽系中最糟糕的天體。當與一顆白矮星匹配時，這是利用光曲線來確定外排的最佳情況。
從軌道上看火星最大的山，奧林匹斯山的彩色複合圖，圖片版權：NASA/JPL
計算出一個火星大小的行星的軌道周期為11.3小時，距離約0.01 AU(這是在一個白矮星的可居住區域內)。這將允許在相對較短的觀察周期內觀察到許多凌日，從而確保更準確的程度。與此同時該團隊也表明他們提出的方法存在缺陷。例如：由於天體物理和儀器噪音的存在，方法在研究類似太陽的恆星和m型(紅矮星)的外行星時是沒有效率的。但對於環繞著低質量、白矮星的火星類行星來說，這種方法可能會產生一些非常有價值的科學回報。雖然這聽起來相當有限，但它將提供一些相當吸引人的機會了解更多太陽系以外的行星。
在太陽系以外的行星上發現山脈的第一個證據本身是令人興奮的，但我們也可以從表面特徵的存在和分布中推斷出行星的特徵。例如對bumpiness的檢測可能會導致對行星內部過程的限制。簡而言之，具有高度渾濁度的行星會指示構造活動或由內部熱源引起的熔岩堆積。那些有最高的顛簸(如火星)的人會指出，也經歷了內部過程、低表面重力、火山活動和缺乏構造板塊運動。與此同時低顛簸的行星不太可能有這些內部過程，它們的表面更有可能受到外部因素的影響，比如小行星撞擊。
OWL望遠鏡的概念圖，圖片版權：ESO
計劃在未來幾年內服役的各種超級望遠鏡將會完成任務。其中包括ESO的超大號(OWL)望遠鏡，一個100米的光學和近紅外望遠鏡，它將以超大望遠鏡(VLT)和即將到來的超大望遠鏡(ELT)的成功為基礎。另一個例子是巨像望遠鏡，一個74米的光學和紅外望遠鏡，目前由一個國際財團委託。一旦投入使用它將成為最大的光學望遠鏡，用於探測太陽系外的生命和外星文明。
在過去系外行星獵人的成功歸結於多種因素的組合。除了機構、業餘天文學家和公民科學家之間的更大程度的合作之外，還有一種方法，即改進的技術與新的理論模型相吻合。隨著越來越多的數據可用，科學家們能夠對我們在新儀器上線後可能學到的知識進行更多的有知識的估計。
當下一代望遠鏡進入太空或在地球上完成建造時，可以預期會發現更多的太陽系外行星。與此同時可以預見到，關於這些不可能出現的行星的重要細節也將被發現。它們有大氣層嗎？有海洋嗎？有山脈和峽谷嗎？這些一系列問題都希望能找到答案！
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：arXiv
作者：Matt Williams
內容：經「博科園」判定符合今主流科學
來自：Universe Today
編譯：中子星
審校：博科園
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