每週星聞 | 海王星上的雲怎麼不見了?

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哪顆星球更可能存在生命?

銀河系中已經確認的系外行星已有5000多顆,這個數字在未來十年內還會大幅上升。我們很快就會發現1萬多個可能存在生命的世界。但面對如此多的系外行星,我們沒有足夠的資源同時在所有系外行星上尋找生命。那麼,我們該如何確定探索的優先順序呢?

這就是最近發表在arxiv雜誌上一篇論文的重點。在這篇文章中,研究小組努力確定「同類最佳」的系外行星候選者,這些系外行星可以通過詹姆斯·韋布空間望遠鏡進行進一步研究。這份名單不僅可以幫助天文學家找到生命的證據,還可以幫助我們了解系外行星的大氣範圍

系外行星藝術想象圖

系外行星藝術想象圖。

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2023/tess-has-found-thousan.jpg

為了得出最佳選擇,研究小組先將已知的和候選的系外行星按行星半徑估計表面溫度進行分類,然後再根據透射光譜指標(TSM)發射光譜指標(ESM)進行排序。換句話說,這些系外行星最有可能具有可探測的透射或發射光譜。由於TSM和ESM只關注光譜相對於背景噪聲的強度,研究小組又根據目前觀測站的光譜探測潛力進一步完善了排名。

這樣就從TESS(凌星系外行星巡天衛星)候選者中產生了103顆系外行星的名單,然後再通過TESS後續觀測計劃對它們進行觀測。在這些行星中,有14顆系外行星得到了獨立確認,它們是JWST用來描述其大氣特徵的「同類最佳」目標

隨著對系外行星的進一步觀測,這份名單還會擴大。它代表了一個堅實的起點:JWST是一臺功能強大、非常有用的望遠鏡。同時,名單提供的「大氣基線」對未來的望遠鏡非常有用,比如計劃於2029年發射的系外行星大氣遙感紅外大型巡天(ARIEL)

來源 / https://phys.org/news/2023-08-tess-thousands-exoplanets-jwst.html

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海王星上消失的雲

在近30年的觀測中,海王星上的雲第一次幾乎全部消失了。從1994年到2022年,全球各地望遠鏡拍攝的照片顯示,除了南極之外,這顆藍色大行星上的雲幾乎不復存在。鑑於海王星是距離太陽最遠的主行星,接受到的陽光只有地球的1/900,這一發現尤為令人驚訝。

由加州大學柏克萊分校領導的一個天文學家小組發現,通常能在海王星中緯度地區看到的大量雲層於2019年開始消退。該校天文學名譽教授、研究作者Imke de Pater說:「我對海王星上雲層消失的速度之快感到驚訝,幾個月內就能看到雲層活動明顯減少。」哈佛大學天體物理中心的研究生Erandi Chavez說:「四年後、也就是我們在今年6月拍攝的圖像顯示,雲層還沒有恢復到以前的水平。這令人興奮,也很出人意料,因為這和海王星以前的情況不太一樣。」

海王星2002—2023年雲層變化的示意圖。

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為了探究海王星外觀的演變,Chavez和她的團隊使用多種觀測資料分析了1994年到2022年的拍攝圖像。這些資料揭示了海王星雲層變化和太陽週期之間的一個有趣模式。太陽週期是一個為期11年、會導致太陽輻射水平波動的時期。當太陽發出更強烈的紫外線(UV)時,大約兩年後,海王星上就會出現更多雲層。雲層數量與海王星反射的陽光亮度呈正相關。

Pater說:「這些資料為我們提供了迄今為止最有力的證據,證明海王星的雲層覆蓋與太陽週期有關。我們的發現支持了這樣一種理論,即當太陽的紫外線足夠強烈時,可能會引發產生海王星雲層的光化學反應

然而,考慮到其他因素的複雜性,需要做更多的工作來揭示這種相關性。例如,雖然紫外線的增加會產生更多的雲和霧,但也會使雲霧變暗,從而降低海王星的整體亮度。海王星上從大氣深處升起的風暴會影響雲層覆蓋,從而可能使與太陽週期的相關性研究複雜化。因此,我們還需要繼續觀察海王星,看看海王星這種幾乎沒有雲的狀態會持續多久。相關研究已發表在Icarus期刊上。

來源 / https://phys.org/news/2023-08-clouds-neptune.html

/恆星溫度計

天文學家Laura Flagg說,氫化鉻(CrH)是一種相對罕見、且對溫度特別敏感的分子,它可以作為「恆星的溫度計」,因為它只在1200—2000開爾文的溫度區間內富集。

Flagg利用這種金屬氫化物和其他金屬氫化物來確定冷星和褐矮星的溫度。她說,從理論上講,如果系外行星大氣中也存在這些特殊的分子,那麼氫化鉻就能對溫度與褐矮星相當的熱類木星起到同樣作用。以前的研究暗示它們確實存在。現在,Flagg的研究小組已經通過觀測證實,熱類木星WASP-31b的大氣中存在氫化鉻,從而打開了使用氫化鉻作為「恆星溫度計」的大門。

系外行星的藝術想象圖

系外行星的藝術想象圖。

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/hires/2021/evidencefors.jpg

此前,科學家從未在系外行星中檢測到氫化鉻。因此,這是人們首次在高解析度系外行星光譜中檢測到金屬氫化物。Flagg說,在WASP-31b中明確探測到金屬氫化物是熱巨行星大氣研究的一個重要進展。WASP-31b發現於2011年,密度極低,約每3天繞F5恆星運行一次。新研究證實,它的平衡溫度為1400開爾文,處於氫化鉻的「生存」範圍內。「氫化鉻分子對溫度非常敏感。在更高的溫度下,你只能看到鉻。而在更低的溫度下,它會變成其他的東西。所以只有在一個特定的溫度範圍內(大約1200到2200開爾文之間),才能看到大量氫化鉻。」

在太陽系中,唯一能檢測到這種分子的地方是太陽黑子,因為太陽太熱了(表面溫度約為6000開爾文),而其他天體又太冷了。在她的研究中,Flagg使用高解析度光譜來探測和分析系外行星大氣。某些元素會在某些波長上阻擋較多的光,而在其他波長上阻擋較少的光,從而揭示出行星的元素構成。現在,Flagg正在尋找其他系外行星上的氫化鉻和其他金屬氫化物——證據可能已經存在了,只是我們還沒發現而已。

來源 / https://phys.org/news/2023-08-thermometer-molecule-exoplanet-wasp-31b.html

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早睡早起不熬夜,健康太空生活

國際空間站上的航天員們每90分鐘繞地球一週,每天經歷16次日落和日出。在這種超乎尋常的作息裡,航天員很難找到自然的日常節奏。因此,空間站遵循格林尼治標準時間(GMT),這有助於航天員保持和地球上一致的時間表,以及有規律地起床和就寢。

晝夜節律描述了我們的身體在大約24小時內所經歷的生理、心理和行為變化。我們體內的生物鐘與身體的核心溫度有關,而核心溫度會在一天中不斷變化,並觸發我們的新陳代謝和睡眠週期。

無疑,光照是影響我們節律的一個重要因素,因為人類往往在白天醒來,在晚上睡覺。現在,丹麥哥本哈根SAGA「太空建築師」團隊開發了一款晝夜節律燈,用於幫助航天員在太空中找到晝夜節律。

,用於幫助航天員在太空中找到晝夜節律

航天員Andreas Mogensen在進行晝夜節律光實驗。

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歐洲空間局航天員Andreas Mogensen在進入太空的第三天就安裝了這盞燈。這盞燈與Andreas的睡眠時間表同步,並在一天中的不同時段變換燈光。晚上,當Andreas入睡時,燈光會發出紅色的光芒模擬日落景象。早晨,當Andreas醒來時,光線會變成藍色,讓人聯想到清晨天空。

光線的顏色是經過精心挑選的,目的是模仿白天的自然光,這是航天員在空間站上無法體驗到的。研究發現,晝夜節律燈對於幫助航天員保持有規律的作息、確定時間方向非常重要。歐空局在南極洲贊助了類似的研究。在南極,康考迪亞南極站的人們經歷了漫長而黑暗的冬季,睡眠受到了很大影響。

除了作息紊亂,許多航天員還在適應太空睡眠方面面臨困難。畢竟,航天員不是躺著入睡的,而是在固定於牆上的睡袋裡漂浮入睡的。丹麥奧胡斯大學的研究人員開發了一種小型入耳式測量裝置,類似於入耳式耳機,可以測量航天員的腦電圖(EEG),從而分析航天員整晚的大腦活動,了解其睡眠質量。測量腦電圖通常會使用頭盔式測量裝置,但由於其體積大、接線多,往往會讓人感到不適。這種入耳式設備侵入性更小,睡前佩戴也更方便。目前,兩項研究(晝夜節律光睡眠腦電圖)背後的研究人員正在合作共享資料,並同時進行這兩項實驗,旨在能有進一步發現。

來源 / https://phys.org/news/2023-09-good-night-orbit.html

/「外星飛船碎片」出現?

美國哈佛大學天體物理學家Avi Loeb最近發表了一篇聲明,聲稱他從巴布亞紐幾內亞海岸附近的太平洋海底打撈出的約700個球形金屬碎片中,有一些來自太陽系之外

Loeb推測,這些球狀物可能與2014年1月在南太平洋上空燃燒的星際流星IM1有關。他甚至假設這些球狀物實際上是外星飛船的碎片。Loeb的分析是基於知名技術和先進設備進行的,所以沒有人懷疑分析有錯。事實上,大多數球狀物似乎都來自地球以外的地方,它們的鎳、鎂和錳等元素丰度與隕石相符。

這種粒子名為「宇宙塵」,通常來自太陽系內的小行星。而一些球狀物之所以引人注目,是因為它們的元素組成很不尋常。它們被Loeb命名為「BeLaU粒子」,因為它們富含鈹、鑭和鈾。由於BeLaU粒子的鐵同位素組成確實與太陽系天體有很大不同,所以Loeb認為它們來自太陽系外。

馬紹爾群島核試驗

馬紹爾群島核試驗。

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2023/have-we-really-found-t-1.jpg

但有人提出了不同意見。比如科學家Monica Grady就認為,馬紹爾群島距離Loeb搜尋的地區只有幾百公里左右。1946年至1958年間,美國在該島進行了67次核試驗,造成了輻射損害。這些球狀物可能是這些試驗的產物——一種人造的超新星

當然,驗證這一假設需要進行更多分析,比如測量球狀物的氧同位素組成,確定它們到底是地球本土的還是來自外星的;分析其中的稀有氣體(尤其是氙),看看它們到底是來自超新星還是其他類型的恆星。總之,Loeb發現了一些有趣的粒子,但他提出的證據都不足以令人確信這些物質要麼與IM1有關,要麼來自外星飛船。

來源 / https://phys.org/news/2023-09-samples-solar-evidence-convincing.html

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