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一艘旨在发现我们太阳系以外新世界的法国航天器取得了迄今为止最重要的发现之一——一颗看起来像我们自己天体后院的行星的表亲。COROT 9 b,根据发现它的仪器天文惯例命名,COROT(对流、自转和行星凌星的缩写)卫星,质量小于木星,并围绕一颗名为 COROT 9 的恒星运行,距离与水星绕太阳运行的距离大致相同。这个新世界的大小相当普通,但它是迄今为止特性最广为人知的、围绕类太阳恒星运行的最温和的系外行星。
一个主要由欧洲研究人员组成的团队在 3 月 18 日出版的 自然 杂志上报告了这一发现。(大众科学 是自然出版集团的一部分。)
与 NASA 于 2009 年发射的开普勒太空船一样,三年历史的 COROT 通过光度计跟踪恒星的亮度,寻找可能归因于行星在其宿主恒星表面经过而引起的周期性变暗。 实际上,确认行星是造成这种变暗的原因需要地面望远镜进行艰苦的后续工作。 最常见的是,研究人员寻找宿主恒星光中的多普勒频移,因为行星的引力定期地拉动恒星更靠近地球,然后再远离地球。
行星在其恒星表面经过期间(一种称为凌星的部分日食)星光变暗的程度表明了天体的直径。 另一方面,恒星在行星影响下摆动的速度揭示了天体的质量。 通过对行星进行凌星和恒星摆动观测,天文学家可以描绘出一个他们仅间接观察到的世界的相当完整的图像。
“通过凌星,我们可以比任何其他寻找行星的方法更多地了解行星,”主要研究作者汉斯·迪格说道,他是西班牙 加那利群岛天体物理研究所的天文学家。 “这是目前唯一一种我们可以相当可靠地测量行星大小的方法。” 就其本身而言,对恒星摆动的测量只能揭示行星质量的下限,并且在某些情况下,真实质量证明比该下限大许多倍。
COROT 9 b 位于天蛇座尾部,距离地球 1,500 光年,直径与木星大致相同,质量约为木星的 85%。 它与其宿主恒星的距离比迄今为止发现的其他凌星行星要大得多,后者几乎都位于距其恒星不到 1000 万公里的灼热轨道中。 这个新发现的世界以大约 6000 万公里的距离绕其恒星运行,使其温度相对温和,迪格小组估计其温度在零下 20 摄氏度到 150 摄氏度之间,具体取决于其大气构成。 相比之下,许多系外行星离它们的恒星非常近,以至于它们的温度超过 1,000 摄氏度。 大量位于靠近恒星轨道的巨大系外行星被称为“热木星”; COROT 9 b 可能被称为温暖的木星——甚至是一个冷的木星,如果它的真实温度最终处于估计范围的下限。
“这是我们能够详细研究的第一颗相对凉爽且温度变化不大的行星,”迪格说。 唯一已知的具有类似长轨道的凌星行星,称为 HD 80606 b,具有极其偏心的轨道; HD 80606 b 与其恒星之间的距离在行星的整个轨道上变化很大,在几个小时内驱动数百度的温度变化。
为了确认 COROT 卫星在 2008 年记录的 COROT 9 b 的凌星现象确实是行星造成的,研究人员首先使用法国的一台光谱仪对恒星进行了两次后续读数,这是一个与行星存在相符的粗略草图。 接下来,他们使用地面上的两台相对较小的望远镜排除了假阳性,通常是由背景中的食双星系统引起的假阳性,这些望远镜比 COROT 提供了 更好的空间分辨率。 但最重要的是,该团队在智利拉西拉帕拉纳尔天文台 世界一流的 HARPS 光谱仪 上进行了几个晚上的观测,探测到了宿主恒星的明显摆动。
逐步确认过程突出了后续工作背后的指令——有效且廉价地确认系外行星的发现,娜塔莉·巴塔利亚解释说,她是 圣何塞州立大学的物理学和天文学教授,她没有为这项新研究做出贡献。 “您使用更便宜的资源来筛选出假阳性,然后再将这些候选者送到真正昂贵的大型望远镜,如 [夏威夷的] 凯克望远镜或 HARPS 望远镜,”巴塔利亚说。
迪格指出,COROT 9 b 绕其恒星运行一周需要 95 天,这已接近 COROT 可以探测到的轨道周期的上限——航天器每 150 天改变一次视野,并且其探测器必须在一个观测窗口中记录至少两次凌星才能知道行星的轨道周期。 开普勒将连续观察一片恒星三年以上,更适合寻找轨道周期以及其他参数方面与我们地球类似的行星,尽管可能还需要几年时间,它才能从已经发现的热天体转向 更凉爽、可能适宜居住的世界,后者的凌星现象更微妙且频率更低。 一颗真正类地球的行星将在与地球-太阳距离相当的距离绕其恒星运行,因此它每年只会在其恒星前面经过一次。 (约翰内斯·开普勒(Kepler,17 世纪德国天文学家,开普勒任务的同名人物)推导出的行星运动定律 表明轨道的持续时间取决于其大小。)
巴塔利亚是开普勒的共同研究员,她说她的团队可以从 COROT 身上学到很多东西。 在其任务的短短一年内,开普勒已经发现了五颗已确认的系外行星,巴塔利亚说,并已确定了数百个额外的候选者,等待进一步调查。 “作为一名开普勒科学家,COROT 在天基凌星探测方面有点像是在铺路,”巴塔利亚说。 “所以我总是对他们如何处理大量数据以及他们如何跟进这些候选者并引导自己进行确认非常感兴趣。”