《寻找地外生命》PPT课件

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1、寻找地外生命GeoffMarcy2008年10月12日银河系直径大约10万光年，其中分布着大约2000亿颗恒星。物理学定律：宇宙各处均相同。引力、电场和磁场、量子理论等物理规律是普适的；原子和分子的物理结构是一样的；宇宙中各处的二氧化碳分子也都是相同的。那么，我们的地球在宇宙中应该也不是唯一的！生物学定律：是否也是放之宇宙而皆准？水是地球生命所必须的，宇宙中的所有生命形式都需要水吗？DNA分子是生命的唯一解码吗？生命演化一定要往高智慧的方向发展吗？或许智慧只是庞大的生命系统中某一个细小分支而已，还存在

2、着数以百万的其他生命形式。目前在整个宇宙中，我们只了解地球上的生物学。我们还需要找到更多的样本—或在太阳系中，或在更远的宇宙深处……在太阳系内搜寻（包括火星、木星及其卫星等），还没有找到生命存在的迹象。现在我们将视野从太阳系转向银河系……寻找太阳系外的行星：探测恒星摆动是搜索系外行星的方法之一，恒星的摆动来自于行星的引力作用。还有一种方法是通过恒星光谱的多普勒效应搜索系外行星。寻找系外行星的世界上最大望远镜：利克天文台望远镜、凯克望远镜、英澳望远镜。这是一张高分辨率阶梯光栅频谱仪的光路图。望远镜接收的

3、星光（白色线条）通过准直镜（Collimator）后，照射到阶梯光栅（EchelleGrating）上，经分解（红色、蓝色线条）后再投射到CCD探测器上。对一个具有24兆像素的CCD来说，由一个土星大小的行星造成的恒星光谱的多普勒位移只有千分之一像素大小。我们需要探测极其微小的多普勒频移。要达到的精度：±1米/秒质量越小的行星越难被探测到。目前通过多普勒效应发现的最小质量行星其质量是地球的7.5倍，公转周期为1.94天。恒星HD12661具有2颗类木行星：质量分别是木星质量的2.5倍和1.9倍；公转周

4、期分别是262.4天和1635.7天；两颗行星有微弱的相互作用。利克和凯克望远镜观测到的恒星55Cancri的视向速度变化情况。横轴：时间（Time，以年为单位），纵轴：视向速度（Velocity，米/秒）；摘自Fischer等人2007年发表的论文。利用傅立叶变换（FourierTransform）研究行星的公转周期。这是恒星55Cancri的视向速度的傅立叶频谱（FourierPower）。横轴：轨道周期（OrbitPeriod，以天为单位）；纵轴：功率（Power）；进行傅立叶分析后，能看到两个

5、明显的周期，分别为14.6天、14年。恒星55Cancri的视向速度的傅立叶频谱（FourierPower）（续1），据此发现了第三颗行星，其公转周期为44.29天。恒星55Cancri的视向速度的傅立叶频谱（FourierPower）（续2），据此发现了第四颗行星，其公转周期为2.795天。恒星55Cancri的视向速度的傅立叶频谱（FourierPower）（续3），据此发现了第五颗行星，其公转周期为260.1天。我们将55Cancri系统与太阳系进行比较，发现两个行星系统很相似，均有多颗行星及一

6、个较宽的间隙（译注：在太阳系内，这里是小行星带）。拥有5颗行星的55Cancri系统示意图。目前已知的多行星系统有27个，多行星系统看来是普遍存在的。已发现的215颗系外行星的轨道偏心率统计图。横轴：轨道半长经（SemimajorAxis），以天文单位（AU，即日地的平均距离）为单位，纵轴：轨道偏心率（OrbitalEccentricity）。圆轨道的偏心率为0，右下角的蓝十字表示地球。可见这些行星中，非圆轨道比圆轨道更普遍，它们的平均偏心率为0.25。导致非圆轨道的原因在于行星之间的相互引力作用。在

7、距离主恒星2.5天文单位（即日地平均距离）以外，行星的轨道偏心率仍然偏高。可见，具有圆形轨道的行星只占很少数。这幅图展示了应用多普勒效应方法探测到的215颗具有较详细观测资料的系外行星（exoplanet）的质量分布。横坐标：行星的质量，以木星质量（Jupiter-Mass）为单位；纵坐标：数目。我们可以看出，图的左端行星数目较少，原因是质量越小的恒星越难被探测到。美国宇航局的三大行星探索计划目标是：寻找像地球这样的外星世界。开普勒计划（Kepler）：将首次系统地搜寻类地行星。空间干涉测量项目（Sp

8、aceInterferometryMission，SIM)：将寻找近距类地行星，并测量它们的质量和轨道。类地行星搜索者（TerrestrialPlanetFinder，TPF）：探测近距类地行星，分析其化学组成以寻找生命迹象。此外还有詹姆斯-韦伯空间望远镜（JamesWebbSpaceTelescope，JWST）：探索行星形成之谜。开普勒计划当行星公转时，会周期性地遮挡在恒星之前，使恒星的亮度变暗。开普勒项目将根据这一原理来搜索类地行星。开普勒预期将发