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次世代凌星巡天

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Next-Generation Transit Survey

次世代凌星巡天Next-Generation Transit Survey,缩写:NGTS)是一个搜寻太阳系外行星的自动望远镜巡天计画。该计画使用的望远镜位于智利北部阿他加马沙漠帕瑞纳天文台;距离欧洲南方天文台(ESO)所属的甚大望远镜(VLT)约数公里,邻近可见光和红外巡天望远镜。于2015年初开始科学观测[1]

NGTS的科学目标是以凌日方式搜寻视星等最暗13等恒星周围的超级地球或体积相当于海王星的太阳系外行星。该巡天是以凌日测光法精确量测行星通过恒星盘面与地球之间时,恒星亮度的下降程度侦测系外行星。NGTS 是由12座口径20公分,f/2.8 的市售望远镜组成的阵列,并且每座望远镜都配备对红光敏感的 CCD 以观测波长6000-9000 Å 的红光与近红外线。该望远镜阵列可即时覆盖96平方度的天区(每个望远镜可覆盖8平方度),或者整个天区的0.23%.[2]。次世代凌星巡天的建设大量借重了先前的超广角寻找行星(SuperWASP)计画的经验,并使用更灵敏的感应器、更新的电脑程式与更先进的光学设计[3]。与克卜勒太空望远镜固定观测115平方度区域相较之下,次世代凌星巡天的覆盖天区是前者的16倍,因为次世代凌星巡天将在一年内搜寻四个不同区域,并连续执行四年,预期将会发现更多的系外行星[2]

次世代凌星巡天的搜寻是为了填补体积在与地球相当和气体巨行星之间行星发现数量的不足。目前其他地面系外行星巡天大多只能以凌日法发现体积至少要与木星相当的系外行星。克卜勒太空望远镜发现的体积与地球相当行星大多距离母恒星过远或母恒星亮度过低,无法以都卜勒光谱学方式观测恒星受行星影响产生的位移。次世代凌星巡天更大的视野可侦测到更多恒星旁的系外行星。行星详细状态的后续确认可使用更精密的仪器,例如高精度径向速度行星搜索器岩质系外行星与稳定光谱观测阶梯光栅摄谱仪英语ESPRESSO(ESPRESSO)与光谱偏振高对比度系外行星研究仪英语Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research(VLT-SPHERE),并将以量测母恒星受行星重力影响的径像速度量测行星的质量,并且使无论气体或岩石组成的行星密度测定成为可能[4][5]

该巡天计画由七所欧洲大学与智利、德国、瑞士与英国研究机构组成的委员会管理[6]。望远镜阵列的原型机于2009至2010年间在拉帕尔马岛穆查丘斯罗克天文台测试,2012至2014年间在日内瓦天文台英语Geneva Observatory测试 [6]

科学任务

次世代凌星巡天是以灵敏的感光系统侦测行星通过地球与母恒星盘面之间时,母恒星光度稍为降低的事件方式搜寻系外行星。本缩时影片拍摄于满月夜间望远镜测试。
次世代凌星巡天是以灵敏的感光系统侦测行星通过地球与母恒星盘面之间时,母恒星光度稍为降低的事件方式搜寻系外行星。本缩时影片拍摄于满月夜间望远镜测试。

超广角寻找行星匈牙利自动望远镜网络计划等地面系外行星巡天计画已经发现了大量系外行星,并且大多数体积接近木星或土星。对流旋转和行星横越任务(COROT)与克卜勒太空望远镜等太空望远镜巡天任务则发现了更多体积更小的系外行星,包含了岩石组成的超级地球和体积相当于海王星的行星[2]。环绕地球的太空望远镜任务在恒星亮度观测尚可比地面望远镜任务更加精确,但可观测的天区也较地面任务狭小。不幸的是,大多数体积较小的行星候选者环绕的恒星大多亮度过低,无法以径向速度量测方式确认行星的存在。这些体积更小的行星候选者因为其质量资料未知或不足,无法推测其总成分[2]

为了主要以超级地球和体积相当于海王星的行星环绕的表面温度较低、体积较小的光谱型K和M行恒星为目标,必须要进行巡天面积比太空望远镜任务更大的地面任务。次世代凌星巡天的目的就是先发现可能的候选者,再由甚大望远镜欧洲极大望远镜(E-ELT)、詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)等大型望远镜进一步观测做确认。测定这类系外行星的大气层成分、行星结构与演化比环绕巨大恒星周为的小体积行星更加容易[6]

在NGTS观测之后,后续观测的大型望远镜将可对新发现系外行星的大气层成分进行分析。例如当行星位于母恒星后方(次食)时,可比较次食发生时与未发生次食状况下不同波长光谱的光通量变化比较并计算行星的热辐射状态[7]。行星大气层透射光谱的计算可借由量测系外行星凌星时母恒星光谱的少许变化进行。这项技术需要极高的信噪比才能进行,而目前只能在少数环绕体积较小且距离行星较近、亮度较高恒星旁的行星实现,例如HD 189733 bGJ 1214 b。次世代凌星巡天的目的就在于大量增加可使用该技术取得行星大气层光谱资料的行星[7]。模拟结果显示,NGTS预期可发现适合 VLT 进行光谱分析的约231颗体积相当于海王星的系外行星,以及39颗超级地球。相较之下,克卜勒太空望远镜的观测资料只能预期分别发现约21颗和1颗[2]

仪器

开发过程

为达成NGTS的科学目标,必须在13等星亮度下有千分之一等的精确度。虽然在地面上对特定天体的窄视野观测可达到如此精确度,但NGTS的广视野观测则是前所未有[2]。为了实现这一目标,NGTS的仪器设计人员借镜了超广角寻找行星(SuperWASP)计画的软硬体设备设计的经验。并且原型设备于2009至2010年间在拉帕尔马岛穆查丘斯罗克天文台,以及2012至2014年间在瑞士日内瓦天文台进行多次测试并大幅改进[4]

望远镜阵列

NGTS的仪器是由12座口径20公分, f/2.8的望远镜装设于各自独立的赤道仪上所组成的自动望远镜阵列。该望远镜阵列观测波段在橙色光至近红外线波段(600–900 nm)。望远镜设置于以低水蒸气量与优越光度条件的欧洲南方天文台设于智利的帕瑞纳天文台。

与其他巡天共同研究

NGTS计画和ESO其它的大望远镜巡天计画合作相当密切。ESO所属设备中可用于NGTS所发现天体后续研究的有位于拉西拉天文台高精度径向速度行星搜索器(HARPS)。VLT即将装设的岩质系外行星与稳定光谱观测阶梯光栅摄谱仪英语ESPRESSO(ESPRESSO)可量测径向速度,以及同样将装于VLT的光谱偏振高对比度系外行星研究仪英语Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research(VLT-SPHERE)则是以自适应光学日冕仪法直接拍摄系外行星[8]。另外其它的VLT和E-ELE未来计画的仪器将可观测系外行星的大气层成分[2]

科学团队

虽然NGTS位于帕瑞纳天文台,它并不受欧洲南方天文台管理与操作。它是由来自智利、德国、瑞士与英国共7个学术单位组成的委员会管辖[6]

参见

其他系外行星巡天计画

进行系外行星巡天的太空望远镜

参考资料

  1. ^ New Exoplanet-hunting Telescopes on Paranal. European Southern Observatory. 14 January 2015 [4 September 2015]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Wheatley, P. J.; Pollacco, D. L.; Queloz, D.; Rauer, H.; Watson, C. A.; West, R. G.; Chazelas, B.; Louden, T. M.; Walker, S.; Bannister, N.; Bento, J.; Burleigh, M.; Cabrera, J.; Eigmüller, P.; Erikson, A.; Genolet, L.; Goad, M.; Grange, A.; Jordán, A. S.; Lawrie, K.; McCormac, J.; Neveu, M. The Next Generation Transit Survey (NGTS) (PDF). EPJ Web of Conferences. 2013, 47: 13002. Bibcode:2013EPJWC..4713002W. arXiv:1302.6592. doi:10.1051/epjconf/20134713002. 
  3. ^ Searching for Super-Earths (PDF). Queen's University. 2014 [September 2015]. 
  4. ^ 4.0 4.1 McCormac, J.; Pollacco, D.; The NGTS Consortium. The Next Generation Transit Survey Prototyping Phase (PDF). [22 May 2015]. 
  5. ^ Daniel Clery. New exoplanet hunter opens its eyes to search for super-Earths. Science. 14 January 2015. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 About NGTS. Next Generation Transit Survey. [22 May 2015]. (原始内容存档于2015年5月31日). 
  7. ^ 7.0 7.1 NGTS Science Programme. Next Generation Transit Survey. [22 May 2015]. (原始内容存档于2017-12-16). 
  8. ^ SPHERE - Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch. European Southern Observatory. [23 May 2015]. 
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