美国宇航局天文学家正在处理来自开普勒太空天文台提出了最大的单一作物新发现的系外行星迄今为止。令人印象深刻的是,已公布了 1,284 颗新行星,其中约 550 颗与地球大小相当。然而,其中只有九个可能位于其恒星的宜居带——那里的行星表面可能存在液态水。
开普勒通过寻找行星经过其母恒星表面时阻挡一小部分星光的微小光暗来发现行星。这种所谓的凌日现象与我们许多人在 5 月 9 日目睹的现象完全相同。水星凌日穿过太阳的脸。但是,与我们可以在地球上看到的水星或金星经过太阳时不同,天文学家无法将系外行星甚至其恒星想象为光点以外的任何东西,仅仅因为它们距离太远。
对于类似于木星的系外行星,光的下降幅度可能高达恒星亮度的 1%,十年来,使用地面望远镜(例如超级黄蜂。开普勒在太空中的优势在于,它可以测量地球大小的行星造成的微小倾角——地球大小的行星可能还要小 100 倍。即便如此,凌日现象也只能从那些与我们视线边缘对齐的系统中可见。每发现一颗凌日系外行星,就会有数百颗无法探测到。
并非所有看起来像凌日的东西真的都是系外行星。有时,一颗明亮的单星会与一颗较暗的“食双星”对齐——一对恒星围绕其共同的质心运行,使得每一颗都从另一颗前面经过,挡住了大部分光线。食双星本身可能会产生与凌日明显区别的深日食,但当光线被位于同一视线的单星稀释时,结果可能看起来像系外行星凌日。这些被称为“误报”。
因此开普勒发现了大量“候选”系外行星(称为开普勒感兴趣天体),但在以其他方式确认之前,它们仍然是候选者。
开普勒运行时的艺术家印象。美国宇航局
天文学家确定他们拥有一颗行星而不是其他物体的唯一方法就是测量它的质量,而可以通过两种方式完成。如果该系统包含多个凌日行星,天文学家可以寻找行星通过相互引力相互牵引时的时间变化。这可以用来计算各个行星的质量。或者,天文学家可以分析来自恒星的光来观察多普勒频移在它的光谱中——当这颗看不见的行星绕着恒星运行,来回拉动它时,星光会周期性地发生微小的红移和蓝移,而波长的变化取决于行星的质量。
绝大多数未经证实的系外行星的问题在于,它们并不位于多个行星系统中,而且它们绕着恒星运行,这些恒星太微弱,无法测量它们的多普勒频移。相反,天文学家必须通过其他方式排除误报。这正是开普勒科学家们所做的已经做了。
该团队对真实的系外行星凌日进行了计算机模拟,以量化每个观测到的信号与凌日的相似程度。然后,他们对可以模仿凌日的物体进行了其他模拟,并利用这些模拟来计算出可以模仿观察到的信号的冒名顶替者的常见程度。这使他们有可能观察到的信号是由系外行星引起的。
该团队分析了开普勒团队 2015 年 7 月发布的列表中的 4,302 颗候选行星。他们得出的结论是,其中 1,284 颗有 99% 或更高的可能性是系外行星;另外 1,327 颗很有可能是系外行星,但还需要更多的工作来确认它们。剩下的 707 个物体可能是由其他原因造成的,还有 984 个物体已经被其他人证实为系外行星,并且本研究也证实了这一点。
超级地球
从新发现的样本来看,大约 550 个样本的直径小于地球半径的两倍,这意味着它们的成分可能是岩石。其中九个在于乐观宜居带围绕着他们的明星。然而,九个中的六个位于宜居带的最内边缘,另一个位于最外边缘。这样一来,只剩下两颗行星牢牢位于“保守”的宜居带内,而且其中只有一颗——系外行星开普勒 1229b——的大小与地球相似,为地球半径的 1.1 倍。然而,即使它也不在类地轨道上,因为它的母星是一颗很酷的恒星。红矮星该行星每 87 天绕轨道运行一次。
艺术家对 Kepler-452b 行星外观的想象,这是在类似于太阳的恒星宜居带中发现的第一个近地大小的世界。 NASA 艾姆斯/JPL-加州理工学院/T。派尔
地球大小的行星被认为是半径在地球的 0.7 到 1.2 倍之间的行星。半径在 1.2 至 1.9 地球半径范围内的系外行星被称为“超级地球”,半径在 1.9 至 3.1 地球半径范围内的系外行星被称为“亚海王星”。令人惊讶的是,开普勒发现的所有行星中约有三分之二位于后者两类。奇怪的是,我们在太阳系中没有看到这种大小的行星——这里的一切要么是地球大小或更小,要么是海王星大小或更大。
地球大小的行星肯定比超级地球或亚海王星更难探测,但事实是天文学家尚未发现地球的双胞胎。这样的行星不仅具有与地球相似的半径,而且质量也与地球相似(因此大概具有相似的体积成分),并且它将围绕一颗质量、大小、光度和温度与太阳相似的恒星运行。轨道需要大约一年才能完成。
最新的公告是一项令人印象深刻的工作,发现如此多的新系外行星令人惊叹。越来越清楚的是,行星绕恒星运行是一种规则,也不例外。虽然天文学家还没有找到地球的精确双胞胎,但发现的快速步伐无疑表明他们找到地球只是时间问题。