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    开普勒的精彩未完待续...

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来自:NASA /米歇尔·约翰逊

    开普勒太空飞船是2010年最辉煌的科技成就之一。它将与地球视野相同的望远镜发射到太空,在年复一年地持续收集每一颗恒星发出的光后,它变得对恒星发出的光强度的微小变化变得敏感。

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:乔恩·隆伯格的绘画,美国宇航局添加的开普勒任务图。

    恒星发出的光线强度不同的原因有很多:它可能是一个内在变量恒星(就像一个造父变星,RR天琴座的或δScuti变量,等等),也有可能是一个食变双星系统系统(外在变星的一个例子),其周期性地滑落后于其他的地方,还有可能是最令人激动的原因:有东西挡在恒星前面阻止光强。

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:美国宇航局艾姆斯。

    有时,凌日天体可能望远镜就在附近,比如小行星或柯伊伯带天体。其他时候,它可能更遥远,就像一个星际物体。但是,开普勒的重要目的是寻找它所观测的恒星周围的行星。为了让实现这个目的,需要同时完成多件事情:

    首先需要行星轨道与恒星和宇宙飞船恰到好处地对齐,以至于从你的角度来看,轨道路径似乎穿过了恒星的圆盘。

    然后需要行星相对于恒星的大小之比足够大,使宇宙飞船能够测量凌日的星等。

    并且需要这颗行星不止一次穿过恒星的表面,这样才能确定它不是一个前景物体,与所观察的恒星系统没有任何关系。

    即使每颗恒星都有一个太阳系,所有这三种情况都能够真实存在相对来说也比较少见,所以如果只是盲目地搜索,则需要大量的目标。开普勒望远镜于2009年底开始运行,它指向银河系的一个区域,那里有大约15万颗它可观测的恒星。它测量了这些恒星在很长一段时间——几年——内发出的光。迄今为止,天文学家使用这些数据已经发现了近1万个候选行星。因为很多东西可以模拟行星信号,所以其中一些最终被证明并不是行星。

    所以想确认系外行星候选,还需要第二种独立的方法。

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:ESO,根据知识共享署名4.0国际许可。

    通常这个方法是恒星摆动法。每颗围绕恒星运行的行星都有一定的质量,就像恒星把行星拉进围绕它的椭圆轨道一样,行星也在恒星的轨道上增加了一个微小的椭圆运动。这不会使恒星的位置发生可察觉的变化,但会使恒星发出的光的波长发生可察觉的变化:红移或蓝移,因为恒星在它的周期移动之中要么向你移开,要么向你靠近。

    恒星摆动法已证实了开普勒发现的行星系统中的一千多个,其中包括开普勒-56,这颗恒星目前正由于核心耗尽了氢而燃烧演变成一个红巨星。在这个星系周围发现了两颗巨大的内行星,一颗质量大约是海王星的一半,另一颗质量大约是木星的一半。正是大质量和近距离轨道使这些行星容易被开普勒发现,并通过恒星摆动法快速确认。

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:NASA 艾姆斯/W。2015年7月,斯坦泽尔成为开普勒行星候选行星之一。

    开普勒无法发现比地球离太阳远得多的行星。因为一个能够被探测到的强大的信号,需要行星多次穿越恒星(越多越好),这对于我们太阳系中的木星这样一个轨道周期为12年的行星来说是很难做到的,特别是如果太空飞船从2009年才出现在那里。更糟糕的是,当太空飞船远离母星时,它与离母星更远的行星保持良好跟踪的几率会迅速下降。开普勒拥有如此丰富的探测结果是有原因的:这些行星相对来说是最容易找到的。

    但有时,当天文学家追踪凌日行星(开普勒很容易发现的那些)并寻找恒星摆动时,不仅会发现它……

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:D. 胡贝尔等人,《科学》2013年10月18日,第342期。6156页。331 - 334;DOI: 10.1126 / science.1242066。

    还会有其他有趣的发现。以开普勒-56为例,最内层的行星(蓝线)发出清晰的信号,可以分辨出来;第二大行星(红线,质量更高)发出的信号更加明显。然而,也许最值得注意的信号只是标记为“趋势”,你需要把这两个行星信号加起来才能得到观测到的数据。在2013年的首次报道中,人们认为这可能是一颗行星,但缺乏更详细的数据描述它的轨道特性:比如质量和周期。然后,在贾斯汀·奥托尔、本杰明·蒙特特和约翰·a·约翰逊的努力下,美国天文学会在年会上首次公布了开普勒-56的数据:它似乎有第三颗行星围绕着它运转,其质量约为木星的六倍,周期约为地球年。

    飞船开普勒发现了一颗行星,和曾发现过的行星相比,这颗最年长

    图片来源:丹尼 巴林杰, 贾斯廷 奥拓在AAS 227的海报。

    最后,天文学家通过后续数据观测到一个几乎完整的外行星“摆动周期”,它实际上是一个行星,没有从我们的视线中穿过恒星。开普勒确实无法找到太远的行星,但开普勒提供的线索,寻找行星系统的恒星摆动法可以指引我们发现大规模外行星。哪里有烟,哪里就有火;哪里有内行星,哪里就有外行星。与巨大摆动相关的陡峭的上升或下降,可能预示着新记录。

    作者: startswithabang

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