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波士頓—小傢伙們得一分。經過多年在遙遠行星系統的角落裡默默無聞後,較小的系外行星終於出現在聚光燈下。
美國宇航局的開普勒太空飛船,旨在尋找圍繞遙遠恆星執行的行星,自2009年以來一直在監測廣闊的星空區域,以檢視那裡可能存在什麼樣的行星。今年早些時候,參與該任務的科學家宣佈,他們已經確認了開普勒視場內的15顆系外行星,並識別出大約1200顆額外的行星候選者,這些是等待獨立驗證的可能行星。在此公告之前,自20世紀90年代行星搜尋首次取得成果以來,僅發現了約500個系外世界。
開普勒發現最引人注目的方面之一是行星候選者的小尺寸。多年來,已知的系外行星列表一直被與木星(我們太陽系中最大的行星)相當或更大的巨大世界所主導。這樣巨大的世界最容易被發現,而更小的行星,大約是地球或海王星大小,則更難被發現。但開普勒的設計目的是對那些較小的世界敏感,甚至是可能適宜居住的溫帶岩石世界,而它並沒有讓人失望。該航天器表明,較小的行星很常見——事實上,比它們較大的同類更常見。至少在行星系統的內部區域,開普勒的資料目前最強的地方,情況就是這樣。
加州大學伯克利分校的天文學家傑夫·馬西在這裡在美國天文學會(AAS)的半年會議上說,“有一些木星,有一些土星”,“但有更多越來越小的行星,一直到大約兩個地球直徑。”
開普勒尋找恆星的微小但反覆出現的變暗,這通常表明有一顆環繞行星在其母恆星前方經過,並阻擋了一小部分光線。靠近恆星執行的行星,因此能快速完成完整的軌道旋轉,在開普勒的資料中更頻繁地出現。馬西和他的同事們專注於軌道週期為50天或更短的行星,因為這些行星已經多次在開普勒面前展現自己。在軌道距離方面,這相當於行星的軌道距離大約為地球與太陽距離的四分之一。
馬西和他的同事們利用開普勒的資料集來推斷不同大小的行星在恆星周圍出現的頻率,同時考慮到使開普勒發現某些行星卻遺漏其他行星的偏差。(對於每一顆以某種方式繞其恆星執行的行星,使其穿過開普勒的視線,可能還有5到20個其他世界沒有如此有利地對齊。)該團隊發現,在太陽光譜型別的恆星周圍,僅為地球直徑幾倍的行星非常普遍。馬西說:“如果你取樣G型主序星,其中8%的恆星將擁有軌道週期小於50天的2到2.8個地球半徑的行星。”
一顆可能適宜居住的岩石世界必須在其恆星稍遠的地方執行,最好是在大約365天的溫帶類地軌道上執行。開普勒將需要更多時間來徹底研究那些較長週期的行星,但對於在更溫和的軌道上存在小型行星的趨勢是有利的。在開普勒的短週期行星候選者中,隨著與恆星距離的增加,較小行星的數量也在增加。馬西說:“顯然,至少向外延伸到50天,存在越來越多的小行星。”
至於天文學家長期以來一直在尋找的許多更小的行星(那些地球大小的世界)的存在,目前還未有定論。美國宇航局艾姆斯研究中心的開普勒首席研究員比爾·博魯茨基在會議上說:“當我們研究更小的物體時,我們看到一個非常快速的上升,然後當我們研究地球大小和更小的行星時,出現一個急劇的下降。我們不知道這代表什麼。”這可能是因為這些微小世界產生的微弱變暗訊號很難在資料的噪聲中被發現。博魯茨基和馬西都警告說,現在就對地球大小行星的頻率做出任何推斷還為時過早,預計識別這些行星需要更多時間。
開普勒探測相對較小世界的能力在AAS會議上透過一項任務中發現的新行星的公告得到強調。哈佛-史密森天體物理學中心的弗朗索瓦·弗雷辛說,他和他的同事已經審查了一顆候選行星,現在被稱為開普勒10c,它的直徑是地球的2.2倍。開普勒10c位於一個行星系統中,該系統還有更小的開普勒10b,它於1月份公佈。在公佈時,開普勒10c是一個引人入勝的暗示,但無法驗證。但是弗雷辛和他的同事們使用了美國宇航局斯皮策太空望遠鏡的補充觀測結果,以及一個模擬可能模仿行星訊號的令人困惑的天文現象的超級計算機程式,得出結論,開普勒10c不是行星的可能性僅為六萬分之一。