0

0
0

文字

分享

0
0
0

HARPS 發現 50 顆新的系外行星

only-perception
・2011/09/14 ・1477字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

 利用 ESO 領先世界的系外行星(exoplanet)狩獵者 HARPS 的天文學家今日宣佈一項超過 50 顆新系外行星的豐碩成果,那包括 16 顆超級地球,其中一顆在其恆星的適居帶(habitable zone)邊緣繞行。藉由研究到目前為止所找到的所有 HARPS 行星的特性,該團隊發現,大約 40% 的恆星類似太陽,至少有一顆輕於土星的行星。

ESO 位於智利 La Silla 天文台 3.6 公尺望遠鏡上的 HARPS 攝譜儀(spectrograph)是世上最成功的行星尋找者。HARPS 團隊,由(瑞士日內瓦大學)Michel Mayor 領導,今日宣佈發現超過 50 顆以上的新系外行星繞行著鄰近的恆星,包括十六顆超地球。這是有史以來同時宣佈發現這類行星,數量最龐大的一次。這些新發現在一場針對 Extreme Solar Systems 的研討會上進行簡報,此會上有 350 位系外行星專家齊聚美國懷俄明州。

“來自 HARPS 的發現收穫超乎所有的預期,並指出,由非常類似我們太陽的恆星所收留(hosted)的超地球與海王星型行星,其族群數量格外豐富。”

“更棒的是 — 新結果顯示,發現的步調正在加速中,” Mayor 說。

從八年前利用徑向速度(radial velocity)技術研究類太陽恆星開始,HARPS 已被用來發現超過 150 顆以上的新行星。在質量少於海王星的所有已知系外行星中,約有三分之二都是由 HARPS 所發現。這些預期外的結果是數百個晚上的 HARPS 觀測成果。

在與包含 376 顆類太陽恆星的 HARPS 觀測一同研究後,天文學家現在估計「一顆像太陽的恆星收留低質量行星(相對於氣態巨人)的可能性有多大」上也有了許多改進。他們發現,約 40% 像這樣的恆星至少有一個質量少於土星的行星。大部分會有數個質量與海王星不相上下的系外行星,出現在系統內。

在經過軟硬體的升級後,HARPS 的穩定性與敏感度將被推向另一個層次,以尋找可能維持生命的岩石行星。有十顆類似太陽的鄰近恆星被選定要來進行新的調查。這些恆星都被 HARPS 觀測過,且已知適合進行極度精密的徑速度測量。在二年的研究之後,這個天文學家團隊已發現五個質量小於地球五倍的新行星。

“這些行星將會是未來太空望遠鏡的最佳目標,藉由尋找化學特徵(例如氧的證據),探尋行星大氣中的生命跡象,”(瑞士日內瓦天文台)Francesco Pepe 解釋,最近一批論文的其中一位第一作者。

在最近宣佈的新發現行星中,有一顆 HD 85512 b 被估計只有地球質量 3.6 倍,而且位於適居帶的邊緣 — 這個環繞恆星的狹窄區域,如果條件正確也許會出現液態水。

“這是透過徑速度方法所發現的、且經過證實的最低質量行星,那有可能位於其恆星的適居帶內,而且也是第二顆由 HARPS 發現,位於適居帶內的低質量行星,”(德國,海德堡,Max Planck 天文研究所以及美國,波士頓, Harvard Smithsonian 天體物理學中心) Lisa Kaltenegger 表示,她是系外行星的適居性專家。

新 HARPS 調查的精確度增加,現在允許偵測質量低於二個地球質量的行星。HARPS 的敏感度現在如此之高,以至於它能偵測到幅度明顯少於 4 km/hour 的徑速度 — 少於行走速度。

“HD 85512 b 的偵測離 HARPS 的極限還遠得很,這證明在其他環繞類似太陽之恆星的適居帶內發現其他超地球的可能性,” Mayor 補充。

這些結果使天文學家相信,他們離發現其他「繞著類似太陽之恆星運行的小型岩石適居行星」更近了。新儀器也計畫用於延伸這項研究上。這包括新的 HARPS 副本將被安裝在 Canary 島上的 Nazionale Galileo 望遠鏡,以調查北方天空的恆星,此外,一具新的、更強大的行星尋找者,稱為 ESPRESSO,將在 2016 年被安裝在 ESO 的 Very Large 望遠鏡上。展望未來,在 European Extremely Large Telescope (E-ELT) 這具望遠鏡上的 CODEX(法典)儀器將會把這項技術推向一個更高的層次。

“在未來的十到二十年,我們應當有第一份太陽鄰近區域的潛在適居行星清單。在未來的實驗能在系外行星的大氣中尋找可能的生命光譜特徵之前,製作這樣一份清單是必要的,” Michel Mayor 做出以上結論,他在 1995 發現有史以來第一顆繞著一個普通恆星運行的系外行星。

資料來源:PHYSORG: 50 new exoplanets discovered by HARPS [September 12, 2011]

轉載自 only-perception

文章難易度
only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


0

0
0

文字

分享

0
0
0

解析「福衛七號」的觀測原理——它發射升空後,如何讓天氣預報更準確?

科技大觀園_96
・2021/10/25 ・2915字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2019 年 6 月 25 日,福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)在國人的引頸期盼下升空。一年多來(編按:以原文文章發佈時間計算),儘管衛星還沒有全部轉換到預定的軌道,但已經回傳許多資料,這些資料對於天氣預報的精進,帶來很大的助益。中央大學大氣系特聘教授黃清勇及團隊成員楊舒芝教授、陳舒雅博士最近的研究主題,就是福衛七號傳回的資料,對天氣預報能有哪些改善。

掩星觀測的原理

要介紹福衛七號帶來的貢獻,得先從它的上一代──福衛三號說起。福衛三號包含了 6 顆氣象衛星,軌道高度 700~800 公里,以 72 度的傾角繞著地球運轉(繞行軌道與赤道夾角為 72 度)。這些衛星提供氣象資訊的方式,是接收更高軌道(約 20,200 公里)的 GPS 衛星所放出的電波,這些電波在行進到氣象衛星的路程中,會從太空進入大氣,並產生偏折,再由氣象衛星接收。換句話說,氣象衛星接收到的電波並不是走直線傳遞來的,而是因為大氣的折射,產生了偏折,藉由偏折角可推得大氣資訊。

▲低軌道衛星(如福衛三號)持續接收 GPS 衛星訊號,直到接收不到為止,整個過程會轉換成一次掩星事件,讓科學家取得大氣溫濕度垂直分佈。圖/黃清勇教授提供

氣象衛星會一邊移動,一邊持續接收電波,直到接收不到為止,在這段過程中,電波穿過的大氣從最高層、較稀薄的大氣,逐漸變為最底層、最接近地面的大氣,科學家能將這段過程中每一層大氣所造成的偏折角,通過計算回推出折射率,而折射率又和大氣溫度、水氣、壓力有關  ,因此可再藉由每個高度的大氣折射率,得出溫濕度垂直分布,這種觀測方式稱為「掩星觀測」。掩星觀測所得到的資料,可以納入數值預報模式,進一步做各種預報分析。 

資料同化──觀測與模式的最佳結合

在將掩星觀測資料納入數值預報模式時,必須先經過「資料同化」的過程。數值預報模式內含動力方程式,可以模擬任何一個位置的氣塊的運動,但是因為大氣環境非常複雜,模擬時不可能納入全部的動力條件,因此模擬結果不一定正確。而另一方面,掩星觀測資料提供的是真實觀測資訊,楊舒芝形容:「觀測就像拿著照相機拍照,不管什麼動力方程式,拍到什麼就是什麼。」但是,觀測的分布是不均勻的—唯有觀測過的位置,我們才會有觀測資料。

所以,我們一手擁有分布不均勻但很真實的觀測資料,另一手擁有很全面但可能不太正確的模式模擬。資料同化就是結合這兩者,找到一個最具代表性的大氣初始分析場,再以這個分析場為起點,去做後續的預報。資料同化正是楊舒芝和陳舒雅的重點工作之一。 

中央大學分別模擬 2010 年梅姬颱風和 2013 年海燕颱風的路徑,發現加入福三掩星觀測資料之後,可以降低颱風模擬路徑的誤差。圖/黃清勇教授提供

由於掩星觀測取得的資料與大氣的溫度、濕度、壓力有密切關係,因此在預報颱風、梅雨或豪大雨等與水氣量息息相關的天氣時,帶來重要的幫助。黃清勇的團隊針對福衛三號的掩星觀測資料對天氣預報的影響,做了許多模擬與研究,發現在預測颱風或氣旋生成、預報颱風路徑,以及豪大雨的降雨區域及雨量等,納入福衛三號的掩星觀測資料,都能有效提升預報的準確度。

黃清勇進一步說明,由於颱風都是在海面上生成的,而掩星觀測技術仰賴的是繞著地球運行的衛星來收集資料,相較於一般位於陸地上的觀測站,更能夠取得海上大氣資料,因此對於預測颱風的生成有很好的幫助。另一方面,這些資料也能幫助科學家掌握大氣環境,例如對於太平洋高壓的範圍抓得很準確,那麼對颱風路徑的預測自然也會更準。根據團隊的研究,加入福衛三號的掩星觀測資料,平均能將 72 小時颱風路徑預報的誤差減少約 12 公里,相當於改進了 5%。

豪大雨的預測則不只溫濕度等資訊,還需要風場資訊的協助,楊舒芝以 2008 年 6 月 16 日臺灣南部降下豪大雨的事件做為舉例,一般來說豪大雨都發生在山區,但這次的豪大雨卻集中在海岸邊,而且持續時間很久。為了找出合理的預測模式,楊舒芝探討了如何利用掩星觀測資料來修正風場。 

從 2008 年 6 月 16 日的個案發現,掩星資料有助於研究團隊掌握西南氣流的水氣分佈。上圖 CNTL 是未使用掩星資料的控制組,而 REF 和 BANGLE 皆有加入掩星資料(同化算子不一樣),有掩星資料可明顯改善模擬,更接近觀測值(Observation)。圖/黃清勇教授提供

福衛七號接棒觀測

隨著福衛三號的退休,福衛七號傳承了氣象觀測的重責大任。福衛七號也包含了 6 顆氣象衛星,不過它和福衛三號有些不同之處。

福衛三號是以高達 72 度的傾角繞著地球運轉,取得的資料點分布比較均勻,高緯度地區會比低緯度地區密集一些。相較之下,福衛七號的傾角只有 24 度,它所觀測的點集中在南北緯 50 度之間,對臺灣所在的副熱帶及熱帶地區來說,密集度更高;加上福衛七號收集的電波來源除了美國的 GPS 衛星,還增加了俄國的 GLONASS 衛星,這些因素使得在低緯度地區,福衛七號所提供的掩星觀測資料將比福衛三號多出約四倍,每天可達 4,000 筆。

福衛三號與福衛七號比較表。圖/fatcat 11 繪

另一方面,福衛七號的軟硬體比起福衛三號更加先進,可以獲得更低層的大氣資料,而因為水氣主要都集中在低層,所以福衛七號對水氣掌握會比福衛三號更具優勢。

從福衛三號到福衛七號,其實模式也在逐漸演進。早期的模式都是納入「折射率」進行同化,而折射率又是從掩星觀測資料測得的偏折角計算出來的。「偏折角」是衛星在做觀測時,最直接觀測到的數據,相較之下,折射率是計算出來的,就像加工過的產品,一定有誤差。因此,近來各國學者在做數值模擬時,愈來愈多都是直接納入偏折角,而不採用折射率。黃清勇解釋:「直接納入偏折角會增加模式計算的複雜度,也會增加運算所需的時間,而預報又是得追著時間跑的工作,因此早期才會以折射率為主。」不過現在由於電腦的運算能力與模式都已經有了進步,因此偏折角逐漸成為主流的選擇。 

由左至右依序為,楊舒芝教授、黃清勇特聘教授、陳舒雅助理研究員。圖/簡克志攝

福衛七號其實還沒有全部轉換到預定的軌道,不過這一年多來的掩星觀測資料,已經讓中央氣象局對熱帶地區的天氣預報,準確度提升了 4~10%;陳舒雅也以今年 8 月的哈格比颱風為案例,成功地利用福衛七號的掩星觀測資料,模擬出哈格比颱風的生成。

除了福衛七號,還有一顆稱為「獵風者」的實驗型衛星,預計 2022 年將會升空。獵風者的任務是接收從地表反射的 GPS 衛星電波,然後推估風速。可以想見,一旦有了獵風者的加入,我們對大氣環境的掌握度勢必更好,對於颱風等天氣現象的預報也能更加準確。就讓我們一起期待吧!

科技大觀園_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策