NEID光谱仪点亮系外行星探索之路

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美国宇航局的一种新仪器将通过检测其母星的微小摆动来寻找行星。在准备过程中，它将研究太阳。

随着 NASA 扩大对系外行星（太阳系外的行星）的探索，其工具箱也在不断增长。今年夏天，一种名为 NEID（发音为 NOO-id）的新工具提供了有关最近且研究最充分的恒星：我们的太阳的第一份数据。

NEID 摄谱仪将通过亚利桑那州基特峰国家天文台观测天空来帮助定位和描述新世界。它于六月开始认真寻找系外行星。然而，NEID 白天从太阳收集的数据几乎与夜间从星星收集的数据一样多。这是因为太阳为天文学家提供了最详细的观察系外行星主星上发生的各种变化，这些变化可能会影响这些外星世界的探测和可居住性。

美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的一支由 Michael McElwain 领导的团队支持 NEID 的设计、开发和调试。 NEID 由 NASA 的系外行星探索计划资助，该计划由该机构位于南加州的喷气推进实验室管理。该仪器测量径向速度，即由行星引力引起的恒星运动的变化。这个运动稍微改变了恒星的光线。径向速度使天文学家能够测量行星相对于其主恒星的质量。

“对于这些行星来说，真正重要的是了解它们的质量，”NEID 开发团队的仪器科学家 McElwain 说。 “当你知道大小和质量时，这就为这些系外行星提供了两个基本参数。”

目前，凌日技术是科学家发现系外行星并测量其相对大小的主要手段。科学家可以通过寻找附近恒星光线的周期性变化来探测系外行星，从我们的角度来看，当一颗绕轨道运行的行星穿过恒星表面时，就会发生这种变化。

美国宇航局的开普勒太空望远镜和凌日系外行星勘测卫星（TESS）已经利用凌日技术识别出了数千颗系外行星。 NEID 将通过测量 TESS 发现的行星的径向速度来建立 TESS 数据。

这些尺寸和质量测量值一起可用于确定行星的体积密度，使科学家能够深入了解行星的整体构成。例如，一颗密度特别大的行星可能具有岩石成分。科学家将利用这些信息来确定哪些行星最适合由美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜进行进一步研究。

这款摄谱仪在 Yao 的 WIYN 3.5 米望远镜上运行，是新型径向速度仪器的一部分，其精度比以前高出约三倍。该望远镜将指向一颗恒星，收集其光线并通过光纤将其输入光谱仪，该光谱仪位于天文台底层的一个专门建造的隔热洁净室中。

“光谱仪在最基本的层面上，将光分成各种颜色，或者我们所说的波长，”NEID 的仪器科学家兼美国国家科学基金会 (NSF) NOIRLab 的助理科学家 Sarah Logsdon 说。位于亚利桑那州图森的地面天文学。 “这对我们来说非常有用，因为单个原子和分子在非常特定的波长下有不同的发射或吸收。使用 NEID，我们可以测量这些吸收和发射线相对于它们的静止位置移动了多少，因为行星拖着它的恒星”。这种变化的幅度使天文学家能够确定行星的质量相对于其恒星的质量。

NEID 观测的一个潜在挑战是恒星本身会发生变化。炽热的等离子体从其内部冒出，冷却并落回，而整个表面则因地震振荡而颤抖。全球和局部磁场产生更暗、更冷的星点和其他可见特征。所有这些活动使得很难区分恒星活动和系外行星的影响。

但是，太阳可以作为更好地了解恒星活动的基线。除了接收来自 WIYN 望远镜的光线外，NEID 还将接收来自安装在天文台屋顶的太阳望远镜的光线。随着时间的推移，这些太阳数据将帮助科学家在对更遥远恒星的观测中识别类似的事件。太阳望远镜的所有数据将在处理后公开，以帮助天文学家研究恒星活动，第一组太阳数据集将于2021年6月发布。

“太阳指明了方向，”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授兼 NEID 首席研究员 Suvrath Mahadevan 说道。 “几十年来，基特峰标志性的、现已退役的麦克马斯皮尔斯望远镜是研究太阳的首要设施。NEID 现在是系外行星科学和太阳观测、太阳和恒星之间的桥梁，也是基特峰和历史之间的桥梁。 ，现在和未来。”

NEID 团队于 2020 年 1 月宣布了 NEID 的“初光”观测。NEID 观测到了飞马座 51，这是第一颗被发现拥有系外行星的类太阳恒星。 NEID 现在可通过其访客观察计划向科学界开放。

NEID 由 NASA 和 NSF 之间的合作伙伴关系 NN-EXPLORE（NASA-NSF 系外行星观测研究合作伙伴关系）资助，并由 JPL 管理。此次合作源于 2010 年天文学和天体物理学十年调查中的一项建议，该调查呼吁开展地面径向速度调查计划。 NEID 是 NN-EXPLORE Exoplanet Investigations with Doppler Spectroscopy 的缩写，但该名称还借鉴了一个在 Tohono O'odham 民族（包括基特峰）语言中大致翻译为“看到”的单词。

“这是一个巨大的团队努力，我对这台仪器及其观测能力感到非常自豪，”麦克埃尔温说。