美国国家航空航天局科学家研究如何拆除行星“光轰炸机”

想象一下，你和家人去一个主题公园，请公园的一名员工合影。一位名人从背景中走过，对着镜头挥手，抢走了照片的焦点。令人惊讶的是，这种“光轰炸”的概念也与天文学家寻找宜居行星有关。

这是一幅说明行星摄影轰炸概念的漫画。如果你试图以类似于科学家试图寻找和了解太阳系外潜在宜居世界的方式来观察地球，那么像火星和月球这样的光轰炸机可能会潜入地球的照片中。

根据美国国家航空航天局的一项新研究，当科学家将望远镜对准系外行星时，望远镜接收到的光可能会被同一恒星系统中其他行星的光“污染”。这项研究于8月11日发表在《天体物理杂志快报》上，模拟了这种“光轰炸”效应将如何影响一台旨在观测潜在宜居系外行星的先进太空望远镜，并提出了克服这一挑战的潜在方法。

领导这项研究的马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的科学家普拉巴尔·萨塞纳博士解释道：“如果你从远处的有利位置观察火星或金星旁边的地球，那么根据你观察它们的时间，你可能会认为它们都是同一个物体。”

Saxena使用我们自己的太阳系作为类比来解释这种光轰炸效应。

Saxena博士说：“例如，根据观测结果，一个外行星地球可能隐藏在我们错误地认为是大型外行星金星的光线中。”地球的邻居金星通常被认为对宜居性不利，其表面温度高到足以融化铅——因此这种混合可能会导致科学家错过一颗潜在的宜居行星。

艺术家对开普勒-186f的概念，这是一颗地球大小的系外行星，围绕天鹅座的一颗红矮星运行。

天文学家使用望远镜分析来自遥远世界的光，以收集可能揭示它们是否能支持生命的信息。一光年，即光在一年中传播的距离，几乎是6万亿英里（超过9万亿公里），在距离太阳系大约30光年的范围内，大约有30颗类似太阳的恒星。

这种光轰炸现象，即对一颗行星的观测被系统中其他行星的光污染，源于目标行星的“点扩散函数”（PSF）。PSF是由于来自光源的光的衍射（开口周围光波的弯曲或传播）而产生的图像，它比非常遥远的物体（如系外行星）的光源更大。物体PSF的大小取决于望远镜孔径（光收集区域）的大小和观测波长。对于一颗遥远恒星周围的世界，PSF可能会以这样一种方式解决，即两颗附近的行星或一颗行星和一颗月球可能会变形为一颗。

如果是这样的话，科学家们可以收集到的关于这样一个地球模拟物的数据将受到任何一个或多个世界对该行星进行光轰炸的影响，这可能会使探测和确认外地球变得复杂或彻底阻止，外地球是我们太阳系之外的一个潜在的类似地球的行星。

Saxena研究了一个类似的场景，在这个场景中，超凡脱俗的天文学家可能会使用类似于2020年天体物理学十年调查中建议的望远镜，从30光年外观察地球。Saxena说：“我们发现，这样的望远镜有时会看到30光年以外的潜在外地球与其系统中的其他行星混合，包括那些在宜居带之外的行星，用于一系列不同的波长。”

宜居带是指恒星周围的空间区域，在那里，星光的数量可以使行星表面出现液态水，这可能会使生命存在。

有多种策略可以解决照片轰炸问题。其中包括开发新的方法来处理望远镜收集的数据，以减少光轰炸会扭曲研究结果的可能性。另一种方法是随着时间的推移研究系统，以避免轨道相近的行星出现在彼此的PSF中的可能性。Saxena的研究还讨论了使用多台望远镜的观测结果或增加望远镜的尺寸如何减少类似距离的光轰炸效应。

发现系外行星并确定是否有能够支持生命的行星是美国国家航空航天局探索和理解未知事物、激励和造福人类使命的一部分。

这项研究由美国国家航空航天局资助，编号为80GSFC21M0002，戈达德-塞勒斯外行星环境合作组织（SEEC）也提供了部分资金。