SPECULOOS南方天文台寻找宜居行星

1月1日，在智利北部仅建设了2年之后，SPECULOOS南方天文台就开始了完全由机器人进行的观测工作。该天文台是一项名为SPECULOOS的新系外行星搜索的核心设施，SPECULOOS的意思是“寻找遮盖超冷恒星的宜居行星”。它的目标无非是探测岩石和温带行星，这些行星非常适合探测其大气中生命的化学特征。这一雄心勃勃的目标只有通过现代天文设备、高效的探测技术和世界上最好的天文观测站之一的结合才能实现。

宇宙的其他地方有生命吗?

这个基本问题不仅由哲学家提出，而且越来越成为科学研究的课题。在另一个世界上，这样的生命是什么样子的?维持一个稳定的生物圈需要什么?在过去的20年里，科学家们发现了成千上万颗系外行星，他们不仅在寻找第二个地球，而且还开发了新的策略来探索它们的基本物理特性，从轨道运动到大气。因此，我们缩小了可能存在生命的参数，即使是在那些围绕与太阳完全不同的恒星运行的行星上。

用凌日法寻找超冷恒星周围的行星

目前寻找系外行星最成功的方法是凌日法．同样地，金星或水星在太阳前面的凌日，每一颗在其恒星前面移动的系外行星都会阻挡一部分恒星光。这会导致恒星光线的轻微暗淡，我们称之为凌日，在地球上可以测量到。这种变暗与行星相对于其恒星的大小成正比。这意味着恒星越小，被其凌日行星挡住的恒星所占的比例就越大。相反，如果我们关注相对较小的恒星，我们也可以用地面望远镜探测到地球大小甚至更小的行星。

超冷矮星(ucd)是光谱类型M6及以上的最小恒星，延伸到棕矮星区。这些天体的亮度不到太阳亮度的0.1%，因此它们的宜居带(我们称之为地球这样的温带行星)接近地球到太阳距离的1%。根据开普勒第三定律，在如此接近的行星上，一年只会持续几天。

简而言之，由于ucd和木星一样小，我们可以通过地面探测在它们的宜居带探测到小型岩质行星的凌日。这些行星将使我们第一次能够研究太阳系外可能存在生命的地方。

SPECULOOS调查

SPECULOOS是一项持续约十年的专门调查，它将使我们能够观察每个附近的UCD，足够长的时间来探测所有过境行星，在它们的宜居带中，小到火星大小。ESO的帕拉纳尔天文台提供了完美的光度条件(每年285个光度夜晚)和非常低的湿度(80%的夜晚可降水量小于4毫米)，以及必要的基础设施，以容纳一个机器人天文台。

图1:SPECULOOS南方天文台的四台望远镜，为夜晚做好准备

在NGTS天文台旁边的是SPECULOOS南方天文台(SSO)，它是第二个机器人设施，但不是由ESO帕纳尔天文台运营。该项目由Liège大学领导，并与剑桥大学和伯明翰大学合作完成。为了实现ucd的高光度精度，将k值降至12.5，它由4个带有赤道底座的一米机器人望远镜组成，由德国阿斯特尔科系统公司设计和制造。F/8里奇-克雷蒂安系统允许我们观察到大约13.3 arcmin的校正视场。这甚至连半个月球都不够，但由于SPECULOOS的目标恒星分布在整个天空中，它非常适合进行光度精度最高的定点观测。

Andor CCD摄像机支持SPECULOOS观测

为了优化ucd的观测，每个望远镜都配备了一个Andor iKon-L深度耗尽2k × 2k e2v CCD相机(DZ936N-BEX2-DD)，它被热电冷却到-60°C。13.5微米的像素尺寸导致像素比例尺为0.34 arcsec/pixel。它在740 nm时提供94%的最大量子效率，在近红外时提供高达950 nm的高灵敏度，这非常适合监测ucd，因为它们的光谱能量分布在红外波长达到峰值。在这些波长下，通常的CCD探测器与来自天空发射的光的内部反射(即所谓的条纹)作斗争。条纹抑制技术，以及安铎相机ccd窗口的楔形设计，在我们的光度测定中将条纹减少到<1%。在5分钟的展示时间下，SSO望远镜的精度在15%的夜晚优于0.1%，在80%以上或所有夜晚优于0.4%。结合帕拉纳尔极好的天文条件和我们高质量的望远镜，我们的Andor相机为SPECULOOS提供了探测像地球一样小的行星所需的灵敏度，甚至在所有目标周围更小的行星。

从列日大学自2010年开始执行的TRAPPIST机器人望远镜项目中收集的经验，使我们能够改进控制系统和数据处理，并将整个天文台的调试时间最小化，从而形成一个非常健壮的系统，具有非常低的时间损失和最小的维护。

在一个原型调查中，使用TRAPPIST-South望远镜，我们观察到50个最亮的SPECULOOS目标[1]。这项小型调查的主要结果是发现了TRAPPIST-1该系统有7颗岩质行星，其中3颗靠近或甚至位于恒星[2][3]的宜居带内。这些行星的凌日性质，加上它们的轨道周期短(几天)，体积小，距离主星近(40光年)，将使未来的天文台，如JWST和ELT，有可能对它们的大气进行详细描述。这为更广泛地理解类地行星的宜居带大气的形成和多样性打开了新的一章。

“TRAPPIST-1系统代表着我们第一次有机会探测潜在宜居系外行星的大气组成，也许还能探测到宇宙其他地方的第一批生命痕迹。通过SPECULOOS，我们想要发现更多这类行星!Michaël Gillon说，他是TRAPPIST-1系统的主要发现者和SPECULOOS项目的主要研究员。

图2:四个望远镜运行的第一个晚上后的日出。背景是VISTA的圆顶。

机器人望远镜网络

SPECULOOS的调查使用了一个机器人望远镜网络来寻找经过最近的ucd的行星，SSO是其南部的核心设施。参与SPECULOOS的其他望远镜包括SPECULOOS- northern天文台(SNO的第一台望远镜于2019年6月开始运行)、SAINT-Ex(墨西哥)、TRAPPIST-South(智利)和TRAPPIST-North(摩洛哥)。它被设计用来在天空中寻找更多类似TRAPPIST-1的系统和行星。它们中的每一个都将使我们更接近这个诱人问题的答案:宇宙中的其他地方是否存在生命?

SPECULOOS联盟由Liège大学(比利时，PI Michael Gillon)、剑桥大学和伯明翰大学(英国)、伯尔尼大学(瑞士)、麻省理工学院(美国)和IAC(西班牙)组成。

图3:SPECULOOS在智利北部的ESO帕拉纳尔天文台开始寻找岩质行星

参考文献

1. Gillon, M.， Jehin, E.， Fumel, A.等人。2013,TRAPPIST-UCDTS:一个适合居住的行星穿越超冷恒星的原型搜索。03001.
2. 古登,m;Jehin大肠;莱德尔，s.m.等人。地球大小的温带行星正在经过附近的一颗超冷矮星。见:533 (2016)，no . 7602, S. 221-224
3. 古登,m;特里奥，a.h.m.j;Demory等人(2017)，“围绕附近超冷矮星TRAPPIST-1的七颗温带类地行星”，542(7642)，456-460。