確定系外行星軌道許是找到外星人關(guān)鍵。為什么呢？

系外行星所處的軌道類型可能導致天文學家錯過來自該行星的無線電信號。

這是一位藝術(shù)家對多個系外行星的軌道周期、傾角和偏心率的描繪。外星人可能從這些行星上發(fā)射無線電信號。

（圖片來源：Zayna Sheikh/扎伊娜·謝赫（這種是否不需要翻譯？））

由于新的研究成果縮小了外星無線電信號由于其母星圍繞恒星的軌道所產(chǎn)生的多普勒頻移而導致的頻率漂移范圍，搜尋外星智能（SETI）的工作很可能會因此而加快。

多普勒頻移是指發(fā)射器的運動導致信號頻率的延長或縮短。如果發(fā)射器遠離我們，波長就會變長，頻率就會降低；如果發(fā)射器向我們移動，波長就會縮短，頻率就會升高。這就導致信號隨著發(fā)射器的移動而在一定頻率范圍內(nèi)“漂移”。（想想警笛或救護車鳴笛的聲音是如何在靠近你和經(jīng)過你時發(fā)生變化的）。

系外行星的軌道運動和日自轉(zhuǎn)，加上地球自身的軌道運動和日自轉(zhuǎn)，都會造成從系外行星發(fā)射并在地球上接收的任何信號的頻率漂移。射電天文學家知道，地球的軌道運動會造成0.019納赫茲（nHz）的漂移率，而地球自轉(zhuǎn)又會造成0.1納赫茲的漂移率。在分析信號時可以考慮這些漂移。雖然天文學家并不總能知道系外行星的旋轉(zhuǎn)速度——潮汐鎖定行星是個例外，它們的日長與年長相同——但他們可以測量系外行星的軌道周期，并從這一數(shù)字中推導出最大頻率漂移。

漂移率取決于系外行星的軌道特征——它的軌道相對于我們的傾角、它的軌道離圓形軌道有多遠以及它的前傾或擺動程度。機器學習算法能夠篩選數(shù)據(jù)，尋找顯示漂移率的信號，需要漂移率的最大值，以便限制搜索范圍。搜尋外星智能通常假定頻率漂移值很小，小于10納赫茲，但之前根據(jù)對已知最極端系外行星軌道的實際測量計算得出的漂移率上限為正負200納赫茲。

使用正負200納赫茲作為最大漂移率需要增加計算資源，從而降低了分析搜尋外星智能搜索數(shù)據(jù)的速度。

現(xiàn)在，由加州大學洛杉磯分校研究生梅根·李（Megan Li）領(lǐng)導的研究小組通過對大約5300顆真實系外行星進行建模，能夠?qū)⑾低庑行擒壍肋\動引起的漂移率最大值細化并降低到正負53納赫茲。

這意味著，對于99%的行星系統(tǒng)來說，從遙遠的系外行星上探測到的信號頻率預計會以正負53納赫茲的最大速率漂移。這一新結(jié)果更為精確，因為它測量的是系外行星軌道上所有點的漂移率，而不僅僅是漂移率最大值處。由于該值低于正負200納赫茲，因此可以減少所需的計算資源，加快搜索速度。研究小組成員說，還有進一步降低的余地。

“53納赫茲的數(shù)值是針對我們目前已知的所有行星的，但它包含了一些使數(shù)值更高的誤差值，因為凌日系外行星的漂移率比非凌日系外行星更高，而且較大的系外行星比小系外行星漂移率更大。”梅根·李接受太空網(wǎng)電話采訪時說。（從我們在地球上的視角來看，凌日系外行星會掠過它們的宿主恒星。）

目前已知的系外行星目錄并不能完全代表更廣泛的系外行星群。目前的探測方法仍然偏愛離恒星較近的較大行星，因為它們最容易被發(fā)現(xiàn)。因此，為了盡量避免任何偏差，李的研究小組還測量了5000多顆模擬行星的最大漂移率，我們可能認為這些模擬行星在軌道特征方面更能代表系外行星的真實數(shù)量，它們的行星尺寸更小、軌道周期更長、軌道傾角分布更均勻。想象中的行星被分成20組，每組由5286個世界組成，其中10組的軌道接近圓形，10組的軌道越來越不圓（稱為偏心）。李的研究小組從中得出了更低的漂移率——低偏心率軌道的漂移率為正負0.27納赫茲，高偏心率軌道的漂移率為正負0.44納赫茲。

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這些數(shù)值遠遠低于正負53納赫茲的計算漂移率。

李說：“正是這些偏差使得漂移值高達53納赫茲。”我們認為，在大多數(shù)情況下，真正的漂移率會更接近0.44和0.27納赫茲這兩個較低值。

隨著航天局的行星凌日和恒星振蕩（PLATO）等接下來的任務(wù)在未來發(fā)現(xiàn)更多的外星世界，根據(jù)真實的系外行星數(shù)據(jù)計算出的最大漂移率應(yīng)該能夠更接近模擬結(jié)果中的數(shù)值。這將使搜尋外星智能信號分析的效度更高。

漂移率是判斷信號是否來自深空的一種方法，盡管它并非萬無一失。來自地球上發(fā)射機（手機、機場雷達等）的射頻干擾（RFI）的漂移率為零，因為它們與我們的接收機都在地球上。低地軌道衛(wèi)星的漂移率通常可以忽略不計，但有些衛(wèi)星，如SpaceX的星鏈（Starlink）巨型星座和政府的GPS網(wǎng)絡(luò)，它們的無線電信號確實會出現(xiàn)一些頻率漂移。

梅根·李說：“我們可以試著找出這些衛(wèi)星的漂移率，這樣一旦出現(xiàn)射頻干擾（經(jīng)常出現(xiàn)這種情況），我們就可以把這些數(shù)據(jù)排除?！?/p>

搜尋外星智能的目標已多達一百萬顆恒星，因此能夠快速分析數(shù)據(jù)對于避免堵塞和在潛在外星信號關(guān)閉之前發(fā)現(xiàn)它們非常重要。研究小組成員說，計算漂移率似乎是一個技術(shù)難題，但它對加快搜索速度至關(guān)重要。例如，在南非MeerKAT射電望遠鏡陣列上開展的搜尋外星智能項目“突破聆聽（Breakthrough Listen）”中，新發(fā)現(xiàn)將把計算成本和搜索時間提高三個數(shù)量級。最后，如果外星人真的存在，我們現(xiàn)在可以更快地找到它們。

發(fā)表于2023年11月《天文學雜志》。

BY:Keith Cooper

FY:親愛的考拉

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來源: 天文在線