【博科园-科学科普-留言评论或建议有惊喜哦~( ^_^)】对系外行星的研究在过去几十年里突飞猛进。在地面观测站和像开普勒任务这样的航天器之间2792个系统共确认了3726个系外行星，622个系统拥有超过一个行星(截至2018年1月1日)。在未来的几年里科学家们预计由于下一代任务的部署将有更多的发现。
天文学家们利用这种过境（凌日）法，找到了一种方法来确定在系外行星上存在的山脉和其他特征。图片版权：NASA/Tim Pyle
其中包括美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和几座下一代地面观测站。通过先进仪器和其他天文台不仅期望能发现更多的系外行星，而且还能发现新的和迷人的东西。例如哥伦比亚大学(Columbia University)最近的一项研究表明，利用过境（凌日）法研究系外行星的表面海拔是可能的。
这项研究最近发表标题是“发现有鼹鼠丘山的可检测性”是由莫亚·麦蒂和大卫·基平和哥伦比亚大学的天文学助理教授大卫·基平和研究生一起进行的。根据他们在太阳系中使用物体所建立的模型，研究小组考虑了是否可以通过过境（凌日）法来揭示太阳系外行星的地形数据。
对太阳系外行星凌日的印象概念图，图片版权：QUB Astrophysics Research Center
回顾一下过境法(aka)，目前最流行和最可靠的方法是探测系外行星。它包括天文学家测量遥远恒星的光曲线，并寻找亮度周期性的下降。这些下降是系外行星(即凌日)相对于观测者的结果。天文学家通过测量恒星的光的倾斜度，以及变暗发生的时间，不仅能够确定系外行星的存在，而且还精确地限制了它们的大小和轨道周期。根据McTier和Kipping所说：同样的方法也可以揭示地理特征的存在——例如，山脉、火山、海沟和火山口。
正如他们在研究中所指出的：代替直接成像，间接方法是天文学家用来揭示太阳系外行星表面数据的唯一方法。不幸的是没有任何可以想象的方式，径向速度，微透镜，天体测量，和时间方法可以揭示出外行。这就留下了过境法，在这方面有一些潜力。“直接运输方法措施行星的天空区域的轮廓相对于一颗恒星，假设地球本身并不发光…这一事实意味着的确是有一些潜力凌日揭示表面特性，因为地球的轮廓当然是扭曲的圆形轮廓由于地形的存在。
喜马拉雅山脉的卫星图像，由NASA的slandsat -7喜马拉雅山脉的图像成像图片版权：NASA
换句话说当一颗行星在它的主恒星前面经过时，它周围的光就可以通过微小的变化来测量。这些可以表明山脉的存在和其他大规模的特征，比如巨大的裂缝。为了验证这一理论，太阳系中的行星是在运输过程中散射光线的模板，可以揭示大规模的特征。是地球模拟行星会揭示喜马拉雅山脉跑从北到南，有足够的宽度跨度1°经度。
现在假设地球完成了一半的自转，因为它从我们的视角过渡到它的母星，这就是我们看到地球上所有的特征都不重复出现在它的轮廓上所必需的。作为我们的假想行星旋转和喜马拉雅块移动的视图中，轮廓的变化将导致不同的深处…最终火星将是理想的测试用例，因为它的体积小，表面重力低，以及活跃的内部火山活动，这使得它成为了他们所说的“太阳系中最糟糕的天体。当与一颗白矮星匹配时，这是利用光曲线来确定外排的最佳情况。
从轨道上看火星最大的山，奥林匹斯山的彩色复合图，图片版权：NASA/JPL
计算出一个火星大小的行星的轨道周期为11.3小时，距离约0.01 AU(这是在一个白矮星的可居住区域内)。这将允许在相对较短的观察周期内观察到许多凌日，从而确保更准确的程度。与此同时该团队也表明他们提出的方法存在缺陷。例如：由于天体物理和仪器噪音的存在，方法在研究类似太阳的恒星和m型(红矮星)的外行星时是没有效率的。但对于环绕着低质量、白矮星的火星类行星来说，这种方法可能会产生一些非常有价值的科学回报。
虽然这听起来相当有限，但它将提供一些相当吸引人的机会了解更多太阳系以外的行星。
在太阳系以外的行星上发现山脉的第一个证据本身是令人兴奋的，但我们也可以从表面特征的存在和分布中推断出行星的特征。例如对bumpiness的检测可能会导致对行星内部过程的限制。简而言之，具有高度浑浊度的行星会指示构造活动或由内部热源引起的熔岩堆积。那些有最高的颠簸(如火星)的人会指出，也经历了内部过程、低表面重力、火山活动和缺乏构造板块运动。与此同时低颠簸的行星不太可能有这些内部过程，它们的表面更有可能受到外部因素的影响，比如小行星撞击。
OWL望远镜的概念图，图片版权：ESO
计划在未来几年内服役的各种超级望远镜将会完成任务。其中包括ESO的超大号(OWL)望远镜，一个100米的光学和近红外望远镜，它将以超大望远镜(VLT)和即将到来的超大望远镜(ELT)的成功为基础。另一个例子是巨像望远镜，一个74米的光学和红外望远镜，目前由一个国际财团委托。一旦投入使用它将成为最大的光学望远镜，用于探测太阳系外的生命和外星文明。
在过去系外行星猎人的成功归结于多种因素的组合。除了机构、业余天文学家和公民科学家之间的更大程度的合作之外，还有一种方法，即改进的技术与新的理论模型相吻合。随着越来越多的数据可用，科学家们能够对我们在新仪器上线后可能学到的知识进行更多的有知识的估计。
当下一代望远镜进入太空或在地球上完成建造时，可以预期会发现更多的太阳系外行星。与此同时可以预见到，关于这些不可能出现的行星的重要细节也将被发现。它们有大气层吗？有海洋吗？有山脉和峡谷吗？这些一系列问题都希望能找到答案！
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：arXiv
作者：Matt Williams
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
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