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    又发现18颗地球大小的系外行星!其中一颗是已知最小的

    又发现18颗地球大小的系外行星,马克斯普朗克太阳系研究所(MPS)、格廷根格奥古斯特大学和森内伯格天文台的科学家们发现了太阳系外18颗地球大小的行星。宇宙是如此之大,以至于之前的研究调查忽略了它们。其中一颗是目前已知的最小的;另一颗可以提供对生命友好的条件。研究人员用开发的一种更灵敏新方法重新分析了美国宇航局开普勒太空望远镜的部分数据。该团队估计,新方法有可能在开普勒任务的整个数据集中再发现100多颗系外行星。

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    科学家们在《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)上发表描述了他们的研究结果。到目前为止,已知太阳系外有4000多颗行星围绕恒星运行。在这些所谓的系外行星中,大约96%的行星比我们的地球大得多,其中大多数行星的尺寸与气态巨行星海王星或木星的尺寸更接近。然而,这一比例可能并不能反映太空中的真实情况,因为小型行星比大型行星更难追踪。此外,在寻找太阳系外可能适合居住的类地行星过程中,小星球是非常吸引人的目标。

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    这18个新发现的行星都属于地球大小的行星,其中最小的只有地球大小的69%;最大的也不过是地球半径的两倍。他们还有一个共同点:到目前为止,所有18颗行星都无法从开普勒太空望远镜的数据中探测到,因为一般常见的搜索算法不够敏感。在寻找遥远世界的过程中,科学家们经常使用所谓的凌日法来寻找亮度周期性下降的恒星。如果一颗恒星恰好有一颗行星,它的轨道平面与地球的视线一致,那么这颗行星每绕一圈就会遮住一小部分从恒星前面经过的恒星光。

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    国会议员勒内·海勒博士解释说:标准搜索算法试图识别亮度的突然下降,然而,在现实中,一个恒星盘的边缘看起来比中心略暗。当一颗行星运行在一颗恒星的前面时,它最初阻挡的星光比凌日中期要少。恒星的最大调暗发生在凌日中心,就在恒星逐渐变亮之前。大型行星倾向于产生其主恒星深度和清晰的亮度变化,因此恒星上细微的中心到边缘亮度变化很难在发现中发挥作用。然而“小行星”给科学家们带来了巨大的挑战。

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    • (博科园-图示)Heller、Rodenbeck和Hippke的新算法不像以前标准算法那样搜索亮度的突然下降,而是搜索特征,逐渐变暗和恢复。这使得新的凌日搜索算法对地球大小的小行星更加敏感。图片:NASA/SDO (Sun), MPS/René Heller

    它们对恒星亮度的影响是如此之小,以至于很难从恒星的自然亮度波动和任何观测必然带来的噪声中分辨出来。勒内·海勒(Rene Heller)的团队现在已经能够证明,如果在搜索算法中假设一条更真实的光曲线,那么过境法的灵敏度可以显著提高。Sonneberg天文台的Michael Hippke说:新算法有助于绘制出一幅更真实的外行星在太空分布情况。这种方法是向前迈出的重要一步,尤其是在寻找类地行星方面。研究人员使用美国宇航局开普勒太空望远镜数据作为新算法的测试平台。

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    在2009年至2013年的第一个任务阶段,开普勒记录了10万多颗恒星的光曲线,发现了2300多颗行星。由于技术缺陷,该望远镜不得不被用于另一种观测模式,称为K2任务,但到2018年任务结束时,它仍然监测了超过10万颗恒星。作为新算法的第一个测试样本,研究人员决定重新分析K2的517颗恒星,这些恒星已知至少有一颗凌日行星。哥廷根大学的凯罗登贝克(Kai Rodenbeck)和国会议员说:除了已知的行星,研究人员还发现了18个以前被忽视的新天体。更重要的是,大多数新行星的轨道比以前已知的行星更接近恒星。

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    因此,这些新行星表面的温度很可能远远超过100摄氏度;有些甚至有高达1000摄氏度的温度。只有一颗天体是例外:它可能在所谓的宜居带内围绕其红矮星运行。在离恒星如此有利的距离上,这颗行星可能会提供液态水在其表面出现的条件——这是我们所知地球上生命存在的基本先决条件之一。当然,研究人员也不能排除他们的方法对所研究系统中的其他行星也是盲目的。特别是,距离主恒星较远的小行星是有问题的。需要更多时间来完成一个完整的轨道比行星围绕恒星更近。

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    因此,在较宽轨道上的行星凌日发生的频率较低,这使得它们的信号更难被探测到。新方法开辟了迷人的可能性,除了目前正在研究的517颗恒星,开普勒项目还提供了数十万颗其他恒星的数据集。研究人员假设,新方法将使他们能够在开普勒主要任务的数据中找到100多个地球大小的系外行星。MPS常务董事劳伦特·吉松教授说:这种新方法对于准备欧洲航天局将于2026年发射的柏拉图任务也特别有用。柏拉图任务将发现并描述更多围绕类太阳恒星的多行星系统,其中一些将能够孕育生命。

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    博科园|研究/来自:马克斯·普朗克学会

    参考期刊《Astronomy & Astrophysics》

    DOI: 10.1051/0004-6361/201935600

    博科园|科学、科技、科研、科普

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