溫暖的木星:新發現的系外行星與太陽系自身的世界有相似之處

COROT 衛星在一個相對溫和的類水星軌道上發現了一個木星大小的世界


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一艘旨在發現我們太陽系以外新世界的法國航天器取得了迄今為止最重要的發現之一——一顆看起來像我們自己天體後院的行星的表親。COROT 9 b,根據發現它的儀器天文慣例命名,COROT(對流、自轉和行星凌星的縮寫)衛星,質量小於木星,並圍繞一顆名為 COROT 9 的恆星執行,距離與水星繞太陽執行的距離大致相同。這個新世界的大小相當普通,但它是迄今為止特性最廣為人知的、圍繞類太陽恆星執行的最溫和的系外行星。

一個主要由歐洲研究人員組成的團隊在 3 月 18 日出版的 自然 雜誌上報告了這一發現。(大眾科學 是自然出版集團的一部分。)

與 NASA 於 2009 年發射的開普勒太空船一樣,三年曆史的 COROT 透過光度計跟蹤恆星的亮度,尋找可能歸因於行星在其宿主恆星表面經過而引起的週期性變暗。 實際上,確認行星是造成這種變暗的原因需要地面望遠鏡進行艱苦的後續工作。 最常見的是,研究人員尋找宿主恆星光中的多普勒頻移,因為行星的引力定期地拉動恆星更靠近地球,然後再遠離地球。

行星在其恆星表面經過期間(一種稱為凌星的部分日食)星光變暗的程度表明了天體的直徑。 另一方面,恆星在行星影響下襬動的速度揭示了天體的質量。 透過對行星進行凌星和恆星擺動觀測,天文學家可以描繪出一個他們僅間接觀察到的世界的相當完整的影像。

“透過凌星,我們可以比任何其他尋找行星的方法更多地瞭解行星,”主要研究作者漢斯·迪格說道,他是西班牙 加那利群島天體物理研究所的天文學家。 “這是目前唯一一種我們可以相當可靠地測量行星大小的方法。” 就其本身而言,對恆星擺動的測量只能揭示行星質量的下限,並且在某些情況下,真實質量證明比該下限大許多倍

COROT 9 b 位於天蛇座尾部,距離地球 1,500 光年,直徑與木星大致相同,質量約為木星的 85%。 它與其宿主恆星的距離比迄今為止發現的其他凌星行星要大得多,後者幾乎都位於距其恆星不到 1000 萬公里的灼熱軌道中。 這個新發現的世界以大約 6000 萬公里的距離繞其恆星執行,使其溫度相對溫和,迪格小組估計其溫度在零下 20 攝氏度到 150 攝氏度之間,具體取決於其大氣構成。 相比之下,許多系外行星離它們的恆星非常近,以至於它們的溫度超過 1,000 攝氏度。 大量位於靠近恆星軌道的巨大系外行星被稱為“熱木星”; COROT 9 b 可能被稱為溫暖的木星——甚至是一個冷的木星,如果它的真實溫度最終處於估計範圍的下限。

“這是我們能夠詳細研究的第一顆相對涼爽且溫度變化不大的行星,”迪格說。 唯一已知的具有類似長軌道的凌星行星,稱為 HD 80606 b,具有極其偏心的軌道; HD 80606 b 與其恆星之間的距離在行星的整個軌道上變化很大,在幾個小時內驅動數百度的溫度變化。

為了確認 COROT 衛星在 2008 年記錄的 COROT 9 b 的凌星現象確實是行星造成的,研究人員首先使用法國的一臺光譜儀對恆星進行了兩次後續讀數,這是一個與行星存在相符的粗略草圖。 接下來,他們使用地面上的兩臺相對較小的望遠鏡排除了假陽性,通常是由背景中的食雙星系統引起的假陽性,這些望遠鏡比 COROT 提供了 更好的空間解析度。 但最重要的是,該團隊在智利拉西拉帕拉納爾天文臺 世界一流的 HARPS 光譜儀 上進行了幾個晚上的觀測,探測到了宿主恆星的明顯擺動。

逐步確認過程突出了後續工作背後的指令——有效且廉價地確認系外行星的發現,娜塔莉·巴塔利亞解釋說,她是 聖何塞州立大學的物理學和天文學教授,她沒有為這項新研究做出貢獻。 “您使用更便宜的資源來篩選出假陽性,然後再將這些候選者送到真正昂貴的大型望遠鏡,如 [夏威夷的] 凱克望遠鏡或 HARPS 望遠鏡,”巴塔利亞說。

迪格指出,COROT 9 b 繞其恆星執行一週需要 95 天,這已接近 COROT 可以探測到的軌道週期的上限——航天器每 150 天改變一次視野,並且其探測器必須在一個觀測視窗中記錄至少兩次凌星才能知道行星的軌道週期。 開普勒將連續觀察一片恆星三年以上,更適合尋找軌道週期以及其他引數方面與我們地球類似的行星,儘管可能還需要幾年時間,它才能從已經發現的熱天體轉向 更涼爽、可能適宜居住的世界,後者的凌星現象更微妙且頻率更低。 一顆真正類地球的行星將在與地球-太陽距離相當的距離繞其恆星執行,因此它每年只會在其恆星前面經過一次。 (約翰內斯·開普勒(Kepler,17 世紀德國天文學家,開普勒任務的同名人物)推匯出的行星運動定律 表明軌道的持續時間取決於其大小。)

巴塔利亞是開普勒的共同研究員,她說她的團隊可以從 COROT 身上學到很多東西。 在其任務的短短一年內,開普勒已經發現了五顆已確認的系外行星,巴塔利亞說,並已確定了數百個額外的候選者,等待進一步調查。 “作為一名開普勒科學家,COROT 在天基凌星探測方面有點像是在鋪路,”巴塔利亞說。 “所以我總是對他們如何處理大量資料以及他們如何跟進這些候選者並引導自己進行確認非常感興趣。”

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