空间系外行星探测与研究进展

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学演化机制.系外行星的研究对于回答宇宙中是否存在其他生命以及人类在宇宙中的地位和意义等问题具有重要意义.随着21世纪空间探测技术的发展,系外行星的研究进入了崭新及快速的发展阶段.本文分析了系外行星研究领域的发展态势,凝练中国在系外行星未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,以推进系外行星研究的快速稳步发展.

太阳系外行星探测技术概述

自20世纪90年代首次发现太阳系外行星(以下简称系外行星)以来,系外行星探测技术取得了飞速发展。目前已探测到超过5500颗系外行星,其中包括类地行星、超级地球、气态巨行星及冰巨行星等多种类型。这些发现极大地拓展了人类对自身周围环境和宇宙的认知,为理解行星形成和演化提供了宝贵的观测依据,也为寻找宜居行星和地外生命提供了重要线索。通过介绍系外行星探测的多种核心技术,包括原理和应用特点,旨在对比和分析不同探测方法的技术特征。通过分析多种探测技术的优势和局限性,为行星探测研究提供了实践参考和发展趋势展望。

JWST时代系外行星大气研究的机遇与挑战

当前已经探测到超过5000颗系外行星,系外行星领域正在从搜寻普查进入到精细表征阶段。过去20年通过对大约100颗系外行星大气表征,初步建立了对凌星行星和直接成像行星的大气探测方法和一系列大气光谱正向建模、反演方法与大气理论的基本框架。詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,JWST)具有前所未有的近红外到中红外光谱探测能力,高质量数据将带动大气理论与模型的跨越性发展。第一轮观测的科学产出展现了JWST对凌星行星和直接成像行星的大气表征能力以及对宜居带行星大气的初步限制。JWST时代的系外行星大气精细研究已初露峥嵘,与未来5年内即将建成的具有大气普查能力的ARIEL和大口径自适应光学地基望远镜相联合,将在更深的层次上揭示系外行星大气的多样性。

系外行星可能存在大气层

被称作“超级地球”的太阳系外岩石行星“巨蟹座55e”是恒星系统“巨蟹座55”的5颗已知行星之一,距离地球约41光年。近日,一个国际团队利用空间望远镜搭载的近红外相机和中红外仪,观测了该行星发出光线的细微变化和热能释放。结果发现,该行星可能存在含一氧化碳或二氧化碳的大气层,它们吸收了某些波段的红外线。该行星温度太高,不适合人类居住。不过,它可以为研究岩石行星的大气层提供一个独特的窗口。

太阳系外行星大气与气候

1995年以来,已有800多颗太阳系外行星(简称系外行星)被确认。系外行星大气和气候的研究正方兴未艾。这篇文章的目的就是为了简要综述系外行星大气和气候的最新研究进展。为了把系外行星大气和气候与太阳系行星大气和气候相比较,我们将首先简要介绍太阳系行星大气的基本知识,就像通常把太阳系行星大气与地球大气相比较一样。然后,我们介绍系外行星观测的进展以及关于恒星的宜居带和系外行星的宜居性等基本概念。文章的重点将放在综述系外行星大气的物理、化学和动力学性质的研究进展,还将介绍系外行星可能的气候环境和系外生命存在的可能性。我们对这些进展的介绍将包括观测、模拟和理论等内容。

太阳系外行星研究进展

过去的二十年间,利用多种技术(如脉冲时间、径向速度、天文学观测、穿越光度计、反射光度计、微透镜和直接图像)发现了405个太阳系外行星。对这些太阳系外行星的研究首次提供了有关行星生长的信息,诸如星盘结构和演化,星盘性质和大小等。2009年4月对GJ581d行星的观测表明,这个行星处于"宜居区域"内,意味着它有液态水,因此可能有生命存在。

太阳系外行星的研究现状

太阳系外行星探测是当今国际天文学研究的热点,其探测方法分为间接探测和直接成像。目前,已发现的上千颗系外行星主要是通过视向速度法和凌星法等间接方式探测到的,而直接成像技术将有望获取行星温度、大气等更全面的物理信息.其中,通过对类太阳恒星宜居带内的类地行星进行成像观测和大气光谱分析,将有望捕获太阳系外生命信号,进而解答"人类在宇宙中是否孤立?"这一基本科学问题,从而突破人类对生命的现有认识。因此,该领域的研究具有较高的公众关注度。

系外行星大气与宜居系外行星研究进展及发展趋势

探测系外行星的主要目的是研究生命和可供地球生命生存的行星是否普遍存在这一基本科学问题.近20年来已有超过3000颗系外行星被发现,~1还有几千颗候选系外行星有待确认,其中疑似宜居系外行星的数量近20颗.未来十年疑似宜居系外行星的数目将大为增加.尽管目前对宜居系外行星大气观测的能力和科学结果还很有限,但可以预期未来20年对这一类行星大气的观测将成为行星科学研究的重要领域.本文根据当前系外行星大气科学发展的状态和主要科学问题,在对中国未来系外行星科学发展方向进行分析的基础上,提出一种比较可行的建议,即在近1~2年内有针对性地开展系外行星大气普查和系外行星高层大气观测的可行性论证和预研,并在5~10年内择一予以实施.

太阳系外行星探测方法及统计特征

太阳系外行星的探测和研究在过去十几年取得了重大进展,仅2007年就发现62颗太阳系外行星,随着行星物理学、天体生物学等学科的兴起,必将掀起对太阳系外行星研究的一次浪潮。简要回顾了太阳系外行星研究的发展历史,介绍了探测太阳系外行星的主要方法和手段,并对方法本身的特点展开分析论述,列出了各种方法应用的最新进展。对已发现的270多颗太阳系外行星进行了统计分析,得出了一些预见性的结论。

船用外行星摆线针轮液压马达的结构优化设计

研究设计了一种新型船用外行星摆线针轮液压马达。以SolidWorks三维造型软件为基础,采用CosmosWorks有限元分析软件与Matlab优化工具箱相结合,以体积为目标建立结构优化设计模型,完成了新型船用外行星摆线针轮液压马达主要结构件的优化设计。结果表明,通过该方法设计的液压马达结构紧凑,体积更小,性能更优。

太阳系外行星系统的形成及未来探测计划

太阳系外行星的探测与研究是目前国际上的前沿热门领域。近年来,随着一些关键探测技术的突破,以及空间望远镜的使用,相继发现了900多颗太阳系外行星。这些太阳系外行星系统的发现,对现有的行星形成和演化模型提出了新的挑战。首先介绍了两种目前比较公认的行星形成机制,并提出了系外行星探测的一些热点问题,指出未来太阳系外行星系统的探测计划重要目标之一是发现宜居行星。最后,简单介绍了将要实施或正在实施的一些国际国内太阳系外行星的探测计划。

远在天边和近在眼前的天文学前沿——高红移星系和太阳系外行星

介绍了目前人类在探索遥远和近邻宇宙这两个前沿方向上的一些进展,主要涉及高红移星系,包括作为活动星系核的类星体和太阳系外行星的发现情况、研究方法、科学意义以及未来的计划和展望。

关于太阳系外行星的宜居性

愈来愈多的太阳系外行星的发现激发了人们对发现太阳系外生命的热情期待。在诸多决定生命存在的因素中,液态水的存在是一个关键性的因素。因此,确定一颗太阳系外行星是否宜居,其首要条件是该行星的表面温度是否能够保证液态水的长期存在。简要介绍位于红矮星宜居带内的行星的宜居性研究进展。由于潮汐锁相作用,该类行星的一面永远面对恒星,较为温暖;而另一面永远背对恒星,极端寒冷。极低的温度有可能导致大气成分和水分完全冻结在背阳面,并导致行星不适宜生命存在。在此,讨论大气和海洋环流能否输送足够多的热量到背阳面,并加热背阳面,从而避免大气和水分的完全冻结。最后,根据地球大气和海洋环流以及热量输送的知识对这些问题加以阐述。

系外行星成像星冕仪模块光学基板结构优化设计与分析

为确保星冕仪的成像性能,文章针对中国空间站巡天空间望远镜(CSST)系外行星成像星冕仪(CPI-C)的光学基板结构进行优化设计与分析。首先,通过数值仿真分析方法获取光学基板的最优结构设计方案;然后,对优化设计方案进行动力学性能仿真分析评估;最后,对试验工装夹具进行设计,并试验测试加工完成的光学基板的力学性能。结果显示:优化后的光学基板重8.6 kg,轻量化率为70.19%,一阶固有频率为322.46 Hz;试验工装和光学基板耦合后的一阶固有频率为269.63 Hz(>150 Hz)。以上表明光学基板的性能满足设计指标要求,能够用于CPI-C模块。

一种基于梯度提升回归树的系外行星宜居性预测方法

系外行星的宜居性是近年来探索宇宙的一个热点研究课题,机器学习为系外行星宜居性分类提供了一种可行的手段。然而,现有的宜居性分类效果面临严重不足与局限。为此,给出一种基于梯度提升回归树的系外行星宜居性分类预测方法。首先,使用梯度提升回归树算法对系外潜在宜居行星与非宜居行星的相关物理学与天文学数据集进行训练;然后,利用训练好的模型对相关测试集进行预测。仿真实验结果表明,新方法在测试集上的预测准确率高达100%。

南极太阳系外行星搜寻与Kepler行星TTV研究

南极AST3望远镜研究将会获得南天极附近天区恒星长时序高精度的测光数据。从这些数据里,我们可以通过探测行星掩星信号来搜寻太阳系外行星,也可以根据多次掩星之间的间隔变化(TTV)来确认多行星系统。2013年度,我们处理了CSTAR2008年的i波段数据,剔除了数据类几种类型的误差,将精度提高到1%以下,从而能够有效发现木星尺寸的系外行星。经过搜寻,我们在南天极附近天区找到了10颗系外行星候选体。同时,我们使用时序更长的kepler测光数据,对kepler多行星系统内的行星候选体进行了分析,分两次证认了其中16个系统的32颗行星。对kepler行星TTV研究的经验,将被应用于南极AST3项目后续获得的时序测光数据上。

系外行星系统掩星周期变化研究进展

在掩星法发现的系外行星系统中,如果存在其他未知的伴星绕同一颗恒星运动,掩星行星由于受到伴星引力的影响,运动轨道将发生变化,轨道周期不再是常数,而是变化的。利用这种变化探测掩星系统中的其他行星,已成为一种新的方法。主要介绍了未知行星与掩星行星之间的引力作用引起的掩星周期变化效应,以及掩星周期变化法探测系外行星的理论和研究进展状况,最后简要讨论了几种影响掩星周期变化的其他因素:共轨行星、卫星、潮汐效应、相对论效应及恒星的引力四极矩等。

太阳系外行星动力演化研究

本文简要地介绍了目前太阳系外行星系统动力演化的研究现状。我们用数值模拟方法和并从分析的角度研究了GJ 876和HD 82 943。通过分析不同的共面和非共面构型 ,我们发现所有的稳定轨道都和2 :1共振有关 ,此外我们还发现在这两个系统内存在近星点共振—对应了两个行星的近星点经度之差在1 80 0或者 0 0附近秤动。这两种机制对维持行星系统的稳定性起了重要作用。

多目标太阳系外行星搜寻技术的研究

搜寻太阳系外行星不仅具有十分重要的天文意义，而且与地外生命的探索紧密相连，关系到人类未来的发展．高分辨率阶梯光栅光谱仪是视向速度法最常用的探测仪器之一，随着探测精度的提高，这种仪器要求更加苛刻的工作环境和更加高昂的研制费用．1997年，DavidJ．Erskine发明了一种视向速度法的改进技术一外部色散干涉技术（EDI）．

高精度测定外行星位置-可行性及实验

大行星位置的测量是天体测量学中的一项长期而重要的任务。如何在当前形势下高精度测定行星的位置是本文研究方向的最终目标。鉴于太阳系内行星和木星都有新技术进行高精度的位置观测，作者探讨了如何用光学手段高精度测定外行星（土星，天王星和海王星）的位置，提出了用长焦距望远镜ＣＣＤ观测行星卫星和用中天望远镜ＣＣＤ观测暗恒星相配合的思路。因此，对长焦距望远镜ＣＣＤ观测外行星卫星和中天望远镜ＣＣＤ相对观测恒星进行了系统调研，同时也对外行星卫星的理论从观测验证的角度进行了介绍。本文重点介绍了在长焦距望远镜上相对于天王星卫星高精度测定暗恒星的位置。结果表明，相对于天王星卫星确实可以精确测定同一ＣＣＤ视场中暗恒星的位置，位置测量的精度和国外最好的天王星卫星位置测量的精度相当或更高。还介绍了与观测资料的归算有关的天王星和卫星的位置历算。最后。