NEID光谱仪照亮了系外行星探索之路

随着美国宇航局扩大对发现系外行星（太阳系以外的行星）的探索，它的工具箱也在增加。整个夏天，一个名为 NEID（发音为 NOO-id）的新工具提供了它的第一批关于最近且研究最充分的恒星——我们的太阳的数据。

NEID 光谱仪将有助于定位和表征新世界，它从亚利桑那州的基特峰国家天文台观察天空。它于 2021 年 6 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恒星收集的数据一样多。这是因为太阳为天文学家提供了他们最详细的观察系外行星主恒星发生变化的各种变化，这些变化可能会影响这些外星世界的探测和可居住性。

位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心的一个团队支持 NEID 的设计、开发和调试。该仪器测量径向速度：由行星引力牵引引起的恒星运动变化。这一运动略微改变了恒星的光线。径向速度为天文学家提供了行星相对于其主星质量的测量值。

“对于这些行星来说，真正关键的是了解它们的质量，”NEID 开发团队的仪器科学家 Michael 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方式。科学家们可以通过寻找附近恒星光的周期性变化来探测系外行星，这种变化发生在轨道行星从我们的角度穿过恒星的表面时。

NASA 的开普勒太空望远镜和凌日系外行星调查卫星 (TESS) 已经使用凌日技术确定了数千颗系外行星。 NEID 将通过测量 TESS 发现的行星的径向速度来构建 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，从而让科学家深入了解行星的整体构成。例如，一颗特别致密的行星可能有岩石成分。科学家们将利用这些信息来确定哪些行星最适合 NASA 的詹姆斯韦伯太空望远镜进行进一步研究。

该光谱仪在基特峰的 WIYN 3.5 米望远镜上运行，它属于一种新的径向速度仪器，可以达到比以往任何时候都高三倍的精度。望远镜将指向一颗恒星，收集其光线并通过光纤将其送入光谱仪，该光谱仪位于天文台底层一个专门建造的绝热洁净室中。

NEID 的仪器科学家 Sarah Logsdon 说：“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。” “这对我们非常有用，因为单个原子和分子在非常特定的波长下具有不同的发射或吸收。借助 NEID，我们可以测量当行星拉扯其恒星时，这些吸收线和发射线相对于它们的静止位置移动了多少。”这种偏移的大小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。炽热的等离子体从内部冒出、冷却并回落，而整个表面则因地震而颤动。全球和局部磁场会产生更暗、更冷的星斑和其他可见特征。所有这些活动使得区分恒星活动和系外行星的影响变得困难。

然而，太阳是更好地了解恒星活动的基准。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上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察中识别出类似的事件。在经过处理以帮助天文学家研究恒星活动问题后，来自太阳望远镜的所有数据都会公开。

“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、NEID 首席研究员 Suvrath Mahadevan 说。 “几十年来，位于基特峰的标志性且现已退役的 McMath Pierce 望远镜是研究太阳的首要设施。 NEID 现在是连接系外行星科学与太阳观测、太阳与恒星的桥梁，也是连接基特峰历史与其现在和未来的桥梁。”

该团队于 2020 年 1 月宣布了 NEID 的首次观测。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 现在可以通过其客座观测计划供科学界使用。