NASA建议四大拟议方案,NASA第贰回发现类太阳系恒星系统

原标题:天文学家:若想寻找外星生命需要一个全新的太空望远镜

未来太空望远镜,谁来接棒 NASA提出四大拟议方案

姓名:颜皓 学号:16020140084 电子工程学院

据外媒报道,一些科学家们认为,如果NASA真的想要在寻找地球以外的生命,那么它需要向太空发射并启用一个全新的大型太空望远镜–该望远镜能够直接捕捉到太阳系外星图像–才行。然而目前这样的技术还不存在。据悉,这一想法源于美国国家科学院、工程院与医学院成员整理的一份关于研究和探索太阳系外行星最佳策略的报告。

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转载自:http://itech.ifeng.com/yidian/44805353/news.shtml?ch=ref\_zbs\_oppo\_news&yidian\_docid=0Hvgqn0S&yidian\_s=&yidian\_appid=

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针对不同波长和目标的四款拟议的望远镜正在“争宠”,幸运者将于本世纪30年代升空。图片来源:《科学》杂志网站

【嵌牛导读】科学家首次发现一个与太阳系同样大的行星群,有8颗行星围绕恒星旋转。名为“Kepler-90”的恒星距离地球2545光年,天文学家已经通过美国航空航天局(以下简称“NASA”)的开普勒太空望远镜观察到它有7颗恒星。现在,天文学家利用谷歌的人工智能技术,在开普勒太空望远镜收集的数据中发现了Kepler-90的第八颗行星Kepler-90i。Kepler-90i是一颗炽热的岩石行星,绕Kepler-90的公转周期是14天。

在收集了该领域专家的意见后,该机构总共提出了7条建议,其中望远镜名列榜首。

今日视点

【嵌牛鼻子】谷歌AI技术、Kepler-90、NASA

不过在制作报告的时候,作者并没有将潜在的财政限制考虑在内。俄亥俄州州立大学天文学教授Scott
Gaudi在接受媒体采访时表示,他们并没有特别考虑成本、日程安排或任何其他类似的因素,“这只是一种系外行星社区认为如果想要解决我们的科学目标需要做的最重要的事情而达成的共识。”

据美国《科学》杂志官网近日报道,对美国国家航空航天局的天文学家来说,今年可谓流年不利。其詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射日期已被推迟到2021年3月,而且成本已超过88亿美元;与之“同病相怜”的还有宽视场红外巡天望远镜,该望远镜旨在确定神秘暗能量的本质,或将超支4亿美元。

【嵌牛提问】谷歌的人工智能技术在天文学领域有哪些具体应用?

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然而,这无法阻挡天文学家们追求星辰大海的梦想。美国天体物理学领域的《十年调查》于上月启动,旨在为NASA、美国能源部和国家科学基金会的未来任务确定优先事项,其中关键任务之一是从四个拟议的望远镜项目中挑选一个,做JWST和WFIRST的“接班人”。

【嵌牛正文】

眼下,天文学家都是通过间接的方式找到系外行星。关注遥远世界最常见的方法就是观察它们在母星目前经过的过程,也就是所谓的凌日。NASA已经投放在地球轨道的TESS就是用这种方式寻找行星的,未来投入使用的詹姆斯韦伯太空望远镜亦是如此。另外一种方法则是观察行星的重力是如何影响它的母星。即便一些行星非常小,但它们仍能让其恒星发生轻微摆动。

《科学》杂志的报道称,目前已“浮出水面”的这“四朵金花”各有千秋,无论最后选中哪朵,关键是进行成本控制,不要步JWST和WFIRST的后尘。

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对一颗系外行星进行直接成像是一项非常近艰巨的任务,由其是跟地球一般大小的。这些行星距离它们的母星都非常近,很容易被附近的星光淹没。因此,为了能实现这个目标,科学家们将需要在未来的太空望远镜上安装一些特殊的工具以此来阻挡或减弱恒星的光线。

四大方案 浮出水面

科学家首次发现一个与太阳系同样大的行星群,有8颗行星围绕恒星旋转。

幸运的是,天文学家一直在研究这个问题。其中一个概念就是日冕仪。日冕仪是一种光学仪器,它可以被连接到望远镜上,用反光镜来抑制来自恒星的光线,使人们更容易看到隐藏在附近的行星。地球上和太空中的望远镜就都配备了日冕仪来帮助研究太阳,但这种高对比度的仪器还没有在太空中进行全面测试。

这四大拟议的望远镜包括:“大型紫外/光学/红外测量仪”,这款15米宽的巨型望远镜的集光能力将是哈勃太空望远镜的40倍,旨在追溯到宇宙的第一个星系,并厘清宇宙其他地方是否有生命存在这一亘古谜题。

名为“Kepler-90”的恒星距离地球2545光年,天文学家已经通过美国航空航天局(以下简称“NASA”)的开普勒太空望远镜观察到它有7颗恒星。现在,天文学家利用谷歌的人工智能技术,在开普勒太空望远镜收集的数据中发现了Kepler-90的第八颗行星Kepler-90i。Kepler-90i是一颗炽热的岩石行星,绕Kepler-90的公转周期是14天。

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“宜居系外行星天文台”也致力于回答上面的问题,但其镜面比较小。HabEx将携带一个足球场大小的遮星板一起飞行。遮星板可阻挡恒星的眩光,揭示类地系外行星。HabEx将仔细检查系外行星发出的微弱光线,以寻找生命的信号。

谷歌和NASA科学家利用一个人工智能“神经网络”,在开普勒太空望远镜自1999年发射升空以来收集的数据中搜寻系外行星——太阳系之外的行星。他们希望,通过利用人工智能发现对人类分析师来说过弱的信号,从而找到更多系外行星。

除了日冕仪还有另一种选择。天文学家们一直在尝试一种被称为遮星伞(starshade)的东西。它是一个巨大的花形结构,会在望远镜前面飞出来,通过投射阴影阻挡来自恒星的光线。然而问题是,这项技术相当复杂。一个遮星伞必须在距离太空望远镜10万公里左右的地方飞行才能准确地阻挡来自遥远恒星的光线。像日冕仪一样,遮星伞技术还未完全成熟。

林克斯X射线天文台(Lynx Xray
Observatory)将收集宇宙第一批黑洞发出的X射线,了解它们如何帮助星系形成和演化。

NASA天体物理学项目主任保罗·赫兹(Paul
Hertz)表示,“就像我们预期的那样,在我们存储的开普勒太空望远镜数据中隐藏着令人激动的新发现,它们只是在等待合适的工具和技术来发现它们。这一发现表明,对于具有创新能力的研究人员来说,未来数年我们的数据将是一座宝藏。”

任何能够直接成像的望远镜项目都将要耗资数十亿美元,这可能让国会难以接受,特别是考虑到詹姆斯韦伯太空望远镜的延迟以及成本超支。与此同时,特朗普政府则还提议取消广角红外巡天望远镜(WFIRST),理由是该项目的成本超支。但系外行星天文学家对此仍持乐观态度,他们认为这样的大项目有朝一日可能会实现。返回搜狐,查看更多

“起源太空望远镜”(Origins Space
Telescope)上的设备可将望远镜冷却到绝对零度以上4℃,对帮助恒星和行星形成的冷气体和尘埃发出的一种红外辐射进行研究。

在过去20年天文学家发现的3500颗系外行星中,有2500颗是开普勒太空望远镜发现的。对行星轨道的观察,旨在发现出现“行星凌日”现象时引起的恒星光线的微弱变化。

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无论哪个概念项目最终中选,研究人员都希望其比“前辈”更幸运一点。2001年的《十年调查》选择JWST作为首要任务,如果顺利,该望远镜将在任务提出20年后的2021年一飞冲天。WFIRST则是2010年《十年调查》的首选,但它不会在2025年之前发射。

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有了这些前车之鉴,NASA希望这次更稳妥一点。该机构不仅早在2015年就确定了这四个旗舰概念,且已资助团队为每个概念提出粗略设计方案。在2019年6月,这些团队将分别向NASA提交一份报告,包括两个版本:昂贵且庞大的高预算版和预算最好不超过50亿美元的“亲民版”。

虽然Kepler-90恒星系统的行星数量与太阳系相同,但它们的分布却有相当大的不同之处——不可能孕育出生命。德克萨斯大学的NASA天文学家安德鲁·冯得伯格(Andrew
Vanderburg)说,“Kepler-90恒星系统就像是我们太阳系的缩微版,内侧行星体积较小,外侧行星体积较大,但它们的距离要近得多。”

争奇斗艳 竞争激烈

冯得伯格与谷歌人工智能软件工程师克里斯托弗·肖尔(Christopher
Shallue)合作,利用开普勒数据库中之前经过验证的信号,对神经网络进行训练,使之具备发现“凌日”系外行星的能力。当神经网络学会探测“凌日”行星的光图案后,研究人员让它在已知存在多颗行星的670个恒星系统中搜寻微弱的信号,它们认为这些恒星系统最有可能存在更多系外行星。

《十年调查》的结果将于2020年提交。科学家希望最终能达成一致意见,以齐心协力游说国会拨付资金。但四大旗舰项目本身之间的竞争也非常激烈。

除Kepler-90i外,该神经网络还在另外一个恒星系统Kepler-80中发现了其第六颗行星。这颗行星被称作Kepler-80g,大小与地球相近,是一个被称作谐振链的异常稳定系统的一部分。

LUVOIR的支持者认为,其是一个通用天文台,像哈勃一样“多才多艺”。而且,望远镜尺寸巨大,这意味着它能以最清晰的视野瞥见最遥远、最模糊的物体。太空望远镜科学研究所的杰森·卡里拉说:“它超越了天体物理学。”但批评人士认为,LUVOIR巨大的镜面将导致其成本高昂,很可能步6.5米宽镜面的JWST后尘。

下一步研究人员将利用人工智能技术,对由开普勒太空望远镜收集的15万颗恒星数据组成的数据库进行分析。

更亲民HabEx的支持者认为,该望远镜可以帮助人们更好地探索系外行星,但遮星板这一技术仍未通过验证。虽然HabEx可以详细研究附近的几颗行星,但其镜面仅4米宽,这意味着更远的世界对它来说遥不可及。HabEx和LUVOIR团队成员克里斯·斯塔克表示,不需要同时推出这两款产品,毕竟“地球附近的恒星有限”。

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“起源太空望远镜”希望研究尘埃和分子如何聚合在一起,形成第一个星系和黑洞,以及年轻恒星周围的圆盘如何聚集成系外行星。但JWST和位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列可捕获一些相同波长的光,这会挤压“起源太空望远镜”的发现空间。

NASA艾姆斯研究中心的开普勒项目科学家杰西·多特森(Jessie
Dotson)表示,这一神经网络可能在Kepler-90恒星系统中发现第九颗行星。她说,其他天文学家在尝试搜寻太阳系的第九颗行星,“能首先观察到和发现第九颗行星还是很酷的”。

至于Lynx则是X射线天文台,将研究旋入黑洞或从银河系中心喷射而出的热气体,它将让那些“坐冷板凳”多年的X射线天文学家激动不已。

身价待估 控制成本

无论哪个任务最终赢得《十年调查》的青睐,资助者都会有一个疑问:我们怎么知道它不会是另一个JWST?美国国家科学、工程和医学院研究主任戴维恩·戴组织了此次《十年调查》。他表示,调查将采用一种复杂的方法来估算成本,希望“避免价格过高带来的冲击”。

戴说,项目团队一般会通过计算人工、材料和测试来估算成本,“这很好,但它将不可预见的情况排除在外”。因此,在过去十年中,NASEM一直向位于加州的埃尔塞贡多航空航天公司支付费用,借助其“成本和技术评估”模型来分析《十年调查》可能会考虑的提案。

CATE模型利用可追溯到几十年前的数据库,其中包含NASA的150多项任务和700个仪器的成本和性能细节。当提出新任务时,CATE可告知人们过去类似任务的成本几何。而且,该模型的最大优势在于其预测能力。

尽管JWST现在是天文学家们脑海中的“香饽饽”,但他们也迫切希望“四朵金花”中的获胜者能实现梦想。胜出者将在本世纪30年代发射到“拉格朗日2”点——太阳和地球之间的重力平衡点,以帮助科学家们解开有关宇宙的谜团。

(科技日报北京12月26日电)