發現新行星系統有三個超級地球

科技 03-13

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【博科園-科學科普】截止2018年3月1日，3741個系外行星已被確認，622個系統擁有超過一個行星。這些發現的大部分歸功於開普勒太空望遠鏡發現了大約3500顆行星和4500個行星候選行星。在所有這些發現之後，焦點從純粹的發現轉變為研究和表徵。

對HD 7924行星系統的一種觀點的印象概念圖，可以很容易地從肉眼看到。由於HD 7924是在我們的北部天空，一個觀察太陽的觀測者會看到像南十字星和麥哲倫雲在它們的天空接近太陽的地方。圖片信息及版權：Karen Termaura and BJ Fulton, UH IfA

在這方面使用凌日法探測到的行星是特別有價值的，因為可對這些行星進行詳細的研究。例如一組天文學家最近發現了三顆圍繞著一顆已知的GJ 9827恆星運行的超級地球，這顆恆星距離地球只有100光年(30秒)。恆星的臨近以及它被多個超級地球環繞的事實，使得這個系統非常適合用於詳細的系外行星研究。

這項研究題為「一個由三個超級地球組成的系統在30秒的時間內通過k -矮星GJ 9827」最近發表。這項研究由哈佛-史密森天體物理中心的約瑟夫·d·羅德里格斯領導，包括德克薩斯大學奧斯汀分校、哥倫比亞大學、麻省理工學院和美國宇航局系外行星科學研究所的成員。

超級地球GJ625 b及其恆星GJ625 (Gliese 625)。圖片信息及版權：Gabriel Pérez/SMM (IAC)

和所有開普勒發現的一樣，這些行星都是通過中轉法發現的（傳輸光度計），在那裡星被監測定期的亮度下降。這些下降是系外行星(即凌日)相對於觀測者的結果。雖然這種方法很適合在行星的大小和軌道周期上施加限制，但它也可以系外行星的特性。基本上科學家能夠通過測量恆星光穿過行星大氣層時產生的光譜來了解大氣層。結合恆星的徑向速度測量，科學家還可以對行星的質量和半徑施加限制，並能確定行星內部結構的情況。

團隊諮詢K2的任務獲得的數據顯示三個恆星周圍的行星的存在GJ 9827(GJ 9827 b,c和d)。因為最初提交的研究論文2017年9月，這些行星的存在已經被另一個天文學家小組證實。發現了三個超級地球大小的行星圍繞著一個非常緊湊的結構運行。具體來說這三顆行星的半徑為1.6、1.2和2.1倍地球半徑，並在6.2天內環繞其主恆星運行。注意到這個系統是由衛斯理大學的另一個團隊獨立發現的(Niraula et al. 2017)。

這顆「超級地球」系外行星55 Cancri e，以其描繪的恆星，其成分可能與地球大氣層相似。圖片信息及版權：NASA/JPL

這三顆系外行星特別有趣，因為它們中較大的一顆在岩石和氣態之間的範圍內。到目前為止還沒有發現這樣的系外行星，這使得這三個行星成為研究的首要目標。羅德里格斯博士解釋說：超級地球大小的行星是我們所知道的最常見的行星類型，但在太陽系中沒有這樣的行星，這限制了我們理解它們的能力，它們特別重要，因為它們的半徑可以跨越岩石到天然氣的過渡(正如我在下面的其他回答中所討論的)。

從本質上說行星比地球半徑大1.6倍，密度更小，而且有厚厚的氫/氦大氣，而較小的行星密度非常大，幾乎沒有大氣。這些超級地球的另一個有趣之處在於它們的短軌道周期(分別為1.2、3.6和6.2天)會導致相當高的溫度。簡而言之,團隊估計,這三個超級地球經驗表面溫度為1172 K(899°C;1650°F),811 K(538°C;1000°F)和680 K(407°C;分別764°F)。相比之下金星——最熱的行星在太陽系經驗表面溫度為735 K(462°C;863°F)。因此，雖然金星上的溫度足夠熱以熔化鉛，但gj9827 b的條件幾乎足夠熱，足以熔化青銅。

在GJ 9827系統的K2任務中獲得的光曲線。圖片信息及版權：Rodriguez et al., 2017

然而這一發現最重要的是它可以為系外行星的表徵提供機會。在距地球100光年的地方，下一代望遠鏡(如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡)對其大氣的研究相對容易，並提供了一幅更詳細的行星系統圖。此外這三個奇怪的行星都在同一個系統中，這使得進行觀測活動變得更加容易。羅德里格斯的結論：gj9827系統是獨一無二的，因為一顆行星比這顆行星要小，一顆行星更大，第三顆行星的半徑是地球半徑的1.6倍。

所以在一個系統中有行星跨越這岩石到氣體轉變。這很重要，因為我們可以研究這些行星的大氣層，尋找它們大氣組成的不同，並開始理解為什麼這種轉變發生在地球半徑的1.6倍。由於這三顆行星圍繞同一顆恆星運行，所以在這個「實驗」中，主恆星的作用保持不變。因此如果GJ 9827中的這三顆行星圍繞著三個不同的恆星運行，將不得不擔心主恆星是如何影響或影響行星的大氣層的。在GJ 9827系統中，我們不用擔心這一點，因為它們繞著同一顆恆星運行。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：CfA, arXiv

作者：Matt Williams

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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