NEID光谱仪照亮了系外行星探索的道路

随着 NASA 扩大其对系外行星(太阳系以外的行星)的探索，它的工具箱也在增加。整个夏天，一个名为 NEID(发音为 NOO-id)的新工具提供了关于距离最近、研究最深入的恒星——我们的太阳的第一批数据。

NEID 光谱仪将帮助定位和表征新世界，它从亚利桑那州的基特峰国家天文台观察天空。它于 6 月开始认真寻找系外行星。然而，NEID 将在白天从太阳收集的数据与晚上从星星收集的数据几乎一样多。这是因为太阳为天文学家提供了他们最详细的观察系外行星宿主恒星上发生的各种变化的信息，这些变化可能会影响这些外星世界的探测和宜居性。

位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心的一个团队由 Michael McElwain 领导，支持 NEID 的设计、开发和调试。NEID 由 NASA 的系外行星探索计划资助，该计划由该机构位于南加州的喷气推进实验室管理。该仪器测量径向速度，即由行星引力引起的恒星运动变化。这种运动略微改变了恒星的光。径向速度使天文学家可以测量行星相对于其主恒星的质量。

“对于这些行星来说，真正重要的是了解它们的质量，”NEID 开发团队的仪器科学家 McElwain 说。“当你知道大小和质量时，这就为这些系外行星提供了两个基本参数。”

目前，凌日技术是科学家发现系外行星并测量它们相对大小的主要方式。科学家可以通过寻找附近恒星光线的周期性变化来探测系外行星，当从我们的角度来看，当一颗绕轨道运行的行星穿过恒星的表面时，就会发生这种变化。

宇航局的开普勒太空望远镜和凌日系外行星勘测卫星 (TESS) 已经使用凌日技术识别了数千颗系外行星。NEID 将通过测量TESS 发现的行星的径向速度，以 TESS 数据为基础。

总之，这些尺寸和质量测量值可用于确定行星的体积密度，从而使科学家能够深入了解行星的整体构成。例如，一颗特别致密的行星可能具有岩石成分。科学家们将利用这些信息来确定哪些行星最适合由 NASA 即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜进行额外研究。

该光谱仪在基特峰的 WIYN 3.5 米望远镜上运行，它属于一类新的径向速度仪器，其精度比以往任何时候都高出三倍左右。望远镜将指向一颗恒星，收集它的光并通过光纤将其送入光谱仪，光谱仪位于天文台底层一个专门建造的隔热洁净室中。

“光谱仪在最基本的层面上将光分成各种颜色，或者我们所说的波长，”NEID 的仪器科学家兼国家科学基金会 (NSF) NOIRLab 的助理科学家 Sarah Logsdon 说。总部位于亚利桑那州图森市的地面天文学。“这对我们来说真的很有用，因为单个原子和分子在非常特定的波长下具有不同的发射或吸收。使用 NEID，我们可以测量这些吸收和发射线相对于它们的静止位置偏移多少，因为行星在其恒星上拖曳。” 这种变化的大小使天文学家能够确定行星相对于其恒星质量的质量。

NEID 观测面临的一个潜在挑战是恒星本身可以改变。热等离子体从它们的内部冒泡，冷却并回落，而整个表面随着地震振荡而颤抖。全球和局部磁场会产生更暗、更冷的星点和其他可见特征。所有这些活动使得很难区分恒星活动和系外行星的影响。

然而，太阳可以作为更好地了解恒星活动的基线。除了从 WIYN 望远镜接收光线外，NEID 还将接收来自安装在天文台屋顶的太阳望远镜的光线。随着时间的推移，这些太阳数据将帮助科学家在对更遥远恒星的观察中识别出类似的事件。在经过处理以帮助天文学家研究恒星活动问题后，太阳望远镜的所有数据都会公开，第一组太阳数据将于 2021 年 6 月发布。

“太阳为我们指明了方向，”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授、NEID 首席研究员 Suvrath Mahadevan 说。“几十年来，Kitt Peak 标志性的、现已退役的 McMath Pierce 望远镜是研究太阳的首要设施。NEID 现在是连接系外行星科学与太阳观测、太阳与恒星的桥梁，以及连接 Kitt 的桥梁匹克的历史，到现在和未来。”

NEID 团队于 2020 年 1 月宣布了 NEID 的第一道曙光观测。NEID 观测了飞马座 51，这是发现的第一颗拥有系外行星的类太阳恒星。NEID 现在可供科学界通过其访客观察计划使用。

NEID 由 NASA 和 NSF 之间的合作伙伴关系资助，称为 NN-EXPLORE(NASA-NSF 系外行星观测研究合作伙伴关系)，由 JPL 管理。该伙伴关系源于 2010 年天文学和天体物理学十年调查中的一项建议，该建议呼吁开展基于地面的径向速度调查计划。NEID 是 NN-EXPLORE Exoplanet Investigations with Doppler 光谱的缩写，但该名称也借鉴了一个词，该词在 Tohono O'odham 民族(包括 Kitt Peak)的语言中大致翻译为“看到”

“这是一项巨大的团队努力，我为这台仪器及其观测能力感到非常自豪，”McElwain 说。