一台还没上天的私人太空望远镜,已经先把"要看谁"的名单列好了。名单上一共27颗系外行星,全部是气态巨行星。

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这台望远镜叫Lazuli,按计划将成为世界上第一台私人太空望远镜。它是谷歌前首席执行官埃里克·施密特(Eric Schmidt)的科学项目。Lazuli 将配备一面3米口径的主镜,比哈勃的2.4米主镜更大,计划在2029年前发射。

Lazuli 将搭载三台仪器:一台宽视场光学成像仪、一台积分场光谱仪,以及一台系外行星日冕仪(ESC)。这份目标名单,正是为 ESC 准备的。

相关研究题为《Lazuli 系外行星日冕仪反射星光系外行星观测活动首批最优目标选择》,可在 arxiv.org 查阅。作者是密歇根大学天文学系的洛根·皮尔斯(Logan Pearce)和亚利桑那大学斯图尔德天文台的尤恩·道格拉斯(Ewan Douglas)。

为什么非要盯着"反射星光"不放?作者在文中解释,通过反射星光直接探测并刻画系外行星大气,可以在比热辐射更近的轨道距离上,探测成熟系外行星系统的成分——因为反射光通量与行星年龄无关,而且观测波段在可见光。作者还提到,这条路甚至能用于探测生物特征。

这里的关键在于"年龄"两个字。行星形成时留下的余热会随年龄增长逐渐散掉,越老的行星在热辐射观测里就越暗。用反射星光观测,就绕开了这个效应。同时,可见光波段带来的更小分辨率极限,让望远镜能够到离恒星更近的行星——离恒星越近,反射的光越多。

作者写道:"迄今为止,所有系外行星都是通过其自身热辐射被成像的,但通过反射星光对行星进行直接、空间分辨的成像已近在眼前。"他们进一步说明,反射光成像让行星的探测与刻画不再受年龄牵制,因为反射星光的亮度不会随年龄下降;而在恒星光度峰值所在的约0.5至2微米短波段成像,分辨率极限更小,相比热辐射能触及更靠近恒星的行星。

名单上的27颗行星,年龄和温度跨度覆盖了此前直接成像从未探测过的范围。作者还指出,其中一些目标同样可以被欧洲极大望远镜(ELT)的 METIS 热成像仪和南希·格雷斯·罗曼太空望远镜的日冕仪观测。多次观测形成的协同效应,将"提供全面的 atmosphere 刻画"——说人话就是,几台设备从不同角度补数据,把大气成分拼得更完整。

名单里几颗行星,关注系外行星的人可能眼熟:

  • 55 Cancri d:以"木星类比体"著称。
  • HD 181433 d:轨道偏心率极高,所在的行星家族里还有一颗超短周期超级地球。
  • β Pic b:最早被直接成像的系外行星之一,还与一条著名的碎屑盘相互作用。

名单的筛选逻辑并不浪漫:优先选轨道已被充分掌握的行星。作者解释了原因——反射光探测涉及的高对比度达到约10⁻⁷至10⁻⁹,随之而来的是10到100小时量级的长时间曝光,对一台3米级天文台来说,漫无目的的搜索非常困难。而瞄准已知行星、利用约束良好的轨道先验来排优先级、安排观测时间,能大幅提升观测活动的效率,把探测概率拉到最高。

当然,能做什么和做得好不好是两回事。一台私人太空望远镜此前没有先例,它的实际效果还有待观察;私人所有权究竟意味着更高效率,还是会带来意想不到的问题,或者两者兼有,同样有待观察。

作者在结论中把话说得很实在:这份目标名单把气态巨行星的直接成像拓展到比以往更冷的区域,探测的是成熟的系外行星系统;部分目标与罗曼太空望远镜的 CGI 和 ELT-METIS 的成像存在重叠,通过与这些平台能力的协同,可以获得更全面的大气刻画。

一台私人望远镜能往系外行星科学里添多少砖,最终还是要看它交出的观测结果。