黑暗儀器能遮擋恆星並顯現行星，將比恆星暗1億倍

在過去幾十年對太陽系以外行星的搜尋發現數千顆候選星。其中大部分是氣態巨行星，它們的大小從超級木星到海王星大小的行星不等。然而一些也被認定為「類地行星」，這意味著在各自區域內都是岩石和軌道。不幸的是，由於天文學家無法直接研究這些行星，所以很難確定它們表面的情況。幸運的是由加州大學聖芭芭拉分校的物理學家本傑明·馬津領導的一個國際小組開發了一種名為「黑暗」的新儀器。

這種超導照相機是世界上最大、最精密的，它將使天文學家探測附近恆星周圍的行星。該研究小組的研究詳細描述了他們的儀器，標題為「黑暗:微波動力電感探測器積分場光譜儀，用於高對比度天文學」，最近發表在太平洋天文學會的出版物上。該研究小組由美國加州大學舊金山分校實驗物理學教授本傑明·馬津(Benjamin Mazin)領導，還包括美國宇航局噴氣推進實驗室、加州理工學院、費米國家加速器實驗室和多所大學的成員。

從本質上講，由於恆星的干擾，科學家們很難直接研究系外行星。正如Mazin在最近一次UCSB新聞發布會上解釋的那樣：拍攝一顆系外行星的照片是極具挑戰性，因為恆星比行星亮得多，而且行星離恆星非常近。因此，天文學家通常無法分析行星大氣中反射的光，以確定其組成。這些研究將有助於進一步限制一個行星是否適合居住。

目前，科學家們被迫決定一個行星是否能夠根據其大小、質量和距離來維持生命。此外，已經進行了研究，以確定水是否存在於行星表面，其基礎是大氣如何失去氫到空間。暗斑近紅外能量分辨超導分光光度計(aka)。黑暗)，第一個10000像素的積分場攝譜儀，試圖修正這個。

結合大型望遠鏡和自適應光學，它使用微波動力電感探測器來快速測量來自遙遠恆星的光，然後將信號發送回一個可以形成新的形狀的橡膠鏡，每秒2000次。MKIDs允許天文學家確定單個光子的能量和到達時間，這在區分行星與散射或折射光時非常重要。這一過程也消除了閱讀噪音和暗電流——其他儀器的主要誤差來源——並通過抑制星光來消除大氣的畸變。

馬津和他的同事們多年來一直在探索MKIDs技術，他們通過馬自達實驗室，這是UCSB物理系的一部分。Mazin解釋說：這項技術將降低對比度，這樣我們就能探測到較弱的行星。希望接近光子雜訊的極限，這將使我們的對比度接近10-8，使我們看到行星比恆星弱1億倍。在這些對比的層面上，可以看到一些行星的反射光，這開啟了一個全新的行星領域探索。真正令人興奮的是，這是下一代望遠鏡的技術開拓者。

黑暗現在在加利福尼亞聖地亞哥附近的帕洛瑪天文台的200英寸的Hale望遠鏡上運行，它是PALM-3000極端自適應光學系統的一部分，是恆星雙日冕儀的一部分。在過去一年半的時間裡，該團隊用黑暗攝像機進行了四次測試，以測試其對比度，並確保其工作正常。

今年5月，該小組將返回收集附近行星的更多數據，並展示他們的進展。如果一切順利，黑暗將成為許多相機設計的第一個在附近的m型(紅矮星)行星上成像的相機，這是近年來許多岩石行星被發現的地方。最著名的例子是Proxima b，它圍繞最近的恆星系統運行到我們自己的星系——銀河系(比鄰星大約4.25光年遠)。

馬津說：希望有一天，能夠為夏威夷島或拉帕爾馬島的莫納克亞(Mauna Kea)的30米望遠鏡建造一個儀器，這樣就能在附近的低質量恆星的宜居區拍攝行星的照片，並在它們的大氣中尋找生命。這是一個長期目標，這是朝著這個目標邁出的重要一步。除了研究附近的岩石行星，這項技術還將允許天文學家更詳細地研究脈衝星，並確定數十億星系的紅移，從而更精確地測量宇宙膨脹的速度。

反過來，這將使我們更詳細地研究宇宙是如何隨時間演化的，以及暗能量所扮演的角色。這些和其他技術，如美國宇航局的「星影」宇宙飛船和斯坦福大學的mDot occulter，將在未來幾年徹底改變系外行星的研究。與下一代望遠鏡配對——如詹姆斯韋伯太空望遠鏡和最近發射的「外行星觀測衛星」(TESS)——天文學家不僅能夠發現更多的系外行星，而且還能像以前一樣對它們進行描述。

博科園-科學科普｜文：Matt Williams｜來自：Universe Today｜參考：UC Santa Barbara, Publications of the Astronomy Society of the Pacific

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