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系外衛星怎麼找?跟著無線電波就對了!

2014/09/25 | | 標籤:

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近年來科學家已發現超過1800個系外行星, 卻一直無法證實系外衛星的存在。現在,美國德州大學阿靈頓分校( University of Texas at Arlington)的物理學家相信, 追踪無線電波或許能幫助我們找到系外衛星!

這篇研究發表在8月10日出版的《天文物理期刊》(the Astrophysical Journal), 文章描述木星磁場和木衛一(Io)交互作用產生無線電波, 而他們認為透過木星和木衛一動力學的詳細計算, 能夠尋找無線電波發射,進一步推測環繞系外行星的衛星存在。

德州大學阿靈頓分校物理學教授, 同時也是此篇論文的共同作者Zdzislaw Musielak表示,「這是尋找系外衛星的新方法!我們在想, 如果這種機制也發生在太陽系以外會怎麼樣? 於是我們做了詳細的計算,結果顯示,若真有系外衛星存在, 我們可以用這種方法發現它!」

生命可能存在於衛星的這種想法啟發了不少科幻靈感, 像是星際大戰裡住在Endor衛星上的伊娃族(Ewoks)。 科學家甚至認為太陽系內的某些衛星-土衛二( Enceladus)和木衛二(Europa)— 考量其大氣組成、水存在的可能性、與太陽的距離等因素, 就有可能蘊藏生命。

Musielak表示,要利用現有方法觀測系外衛星是有困難的, 像是美國航太總署(NASA)的克卜勒(Kepler) 太空望遠鏡,利用測量恆星亮度變化以發現凌日行星, 但目前科學家還無法將凌日曲線中衛星的貢獻可靠地分離出來。

這組研究團隊依據之前利用無線電波觀測發現系外行星的理論為基礎 ,應用在木衛一和其電離層上,電離層是帶電的上層大氣, 很可能是由木衛一極度活躍的火山所創造。

在公轉軌道上,木衛一的電離層與木星的磁層( 一層保護行星不受輻射影響的帶電電漿)交互作用產生摩擦電流, 因此發射無線電波,這被稱為「由木衛一控制的十米波發射」(Io-controlled decametric emissions)。研究人員相信,在已知的系外行星附近尋找類似的無線電波發射,或許正是預測系外衛星是否存在的關鍵。

本篇論文的第一作者-博士研究生Joaquin Noyola表示,「我們必須注意,當以木衛一為例研究其他的行星-衛星對關係時,像木衛一那樣的火山活動並非衛星擁有電離層的必要條件。比較大的衛星,像是土星最大的衛星土衛六(Titan),就能維持厚實的大氣層,這也意味著電離層可能存在。」

這篇研究認為,由木衛一和木星磁層交互作用所產生的阿耳芬波(Alfvén waves,在電漿中沿磁場方向傳遞的電磁波),也能在相似的狀況下被用來尋找系外衛星。阿耳芬波是磁場裡電漿的漣漪,由瑞典物理學家Hannes Alfvén在1940年代早期提出。

研究團隊在此篇論文中指出可能有兩個系外衛星的存在,對此他們抱持謹慎樂觀的態度,認為將來觀測天文學家能根據此研究的計算,利用更敏銳的電波望遠鏡,尋找這兩個和月球大小相似的系外衛星-距離我們15光年遠的Gliese 876b和10.5光年遠的天苑四b(Epsilon Eridani b)。本論文的共同作者-博士研究生Suman Satya表示,「 現有的電波望遠鏡,像是美國國家科學基金會(National Science Foundation)資助的長波長陣列(Long Wavelength Array ),能用來探測距離我們較近的行星系統中的系外衛星,當然,越大的衛星被偵測到的機率也越高。」

他也認為,目前所發現的系外行星大部分都是氣體巨行星,其中很多都位於適居區( habitable zone)。雖然生命無法在這些氣體巨行星上生存,但環繞這些行星的系外衛星仍有可能孕育生命。

資料來源:Follow the radio waves to exomoons, UT Arlington physicists say. The University of Texas at Arlington [August 11, 2014]

本文轉載自網路天文館

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