「天文光梳」尋找太陽系外類地行星

歐洲科學家研發了一種能夠提高太陽系外類地行星搜尋能力的激光頻率梳。該設備也可以用來測量宇宙膨脹和檢驗自然界基本常數。激光頻率梳廣泛應用於計量和精密光譜測量，它所輸出等頻率間隔排列的激光譜線，很像一把梳子的「梳齒」。

一種常用的探測太陽系外行星的方法是測量圍繞恆星運動的行星因引力所導致恆星運動的細微變化。這種變化對於恆星運動速度的改變，通常並不比一個人步行的速度快，因此需要非常精密的光譜儀測量恆星運動時光譜的多普勒頻移。對天文光譜儀進行儘可能高精度的定標成為這種探測方法的關鍵。目前，天文觀測中通常用標準燈進行光譜定標，但是近年來天文學家開始採用通過法布里—珀羅標準具的激光頻率梳來定標。例如在智利 VLT 望遠鏡上，新的 ESPRESSO光譜儀利用釷氬燈和天文光梳以便能夠達到10 cm/s的光譜定標精度。

瑞士科學家 Tobias Herr、Ewelina Obrzud 及其同事們研發了一種新型激光頻率梳，它基於圓形微諧振腔中傳播的超短光脈衝。脈衝經過微諧振腔後將產生成一系列頻率間隔為24 GHz的譜線，這可以用來測量每秒幾個厘米速度變化所引起的多普勒頻移，足以用來尋找圍繞類似太陽樣恆星運動的潛在宜居世界。

精細的梳齒。激光頻率梳均勻分布的發射譜線，將有助於提高尋找太陽系外行星的能力

現在 Herr雖然希望將測量精度提高到 1 cm/s，但是目前該項技術要投入日常觀測還面臨一些挑戰。最早在 2019年，採用這種新技術的激光頻率梳有望裝備在智利 3.6 m望遠鏡NIRPS光譜儀上。

(中國科學院國家天文台南京天文光學技術研究所 肖 東 編譯自 Keith Cooper. Physics World，2018，(2):4)

本文選自《物理》2018年第2期

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