遥远的行星揭示一切：一项新的分析利用系外世界的轨道轨迹来窥视其恒星内部。
美国宇航局始终保持警惕的开普勒太空望远镜已经通过注意到这些世界“凌星”或穿过其宿主恒星表面时引起的微小亮度下降，识别出了 数千颗系外行星 。两次变暗之间的时间长度告诉科学家行星绕轨道运行的时间——其一年有多长——而变暗程度则显示行星比恒星小多少。
现在，行星经过的速度也可以揭示恒星的密度。[2016年最疯狂的系外行星发现]
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哥伦比亚大学位于纽约的天文学家、这项新工作的主要作者艾米丽·桑福德说：“一颗远离恒星运行的行星可以告诉我们任何关于恒星内部的信息，这真的很奇怪——我认为这真的很离奇但也很酷。”
她告诉 Space.com：“基本上，通过非常精确地测量那些变暗的形状，即行星经过前方时随着时间推移光线缺失的量，您可以测量行星绕轨道运行的恒星的密度。”
桑福德和哥伦比亚大学的合作者大卫·基平使用天体物理学家萨拉·西格和加布里埃拉·马伦-奥内拉斯在 2003 年首次推导出的方法，分析了 66 颗开普勒恒星的数据，以确定它们的密度。他们的精度可以与 星震学相媲美，星震学是一种用于明亮恒星的技术，它利用恒星光芒的振荡来重建其内部属性。桑福德说，虽然星震学需要非常精确的亮度测量，但新的计算需要不太原始的数据。
本质上，这个过程之所以有效，是因为行星在恒星前方停留的时间与恒星的密度有关。桑福德说，远离恒星的行星在恒星前方停留的时间较少——想象一颗正好位于恒星表面的行星，它将在恒星前方度过一半的轨道，而一颗非常遥远的行星，只会快速穿过其轨道前方的一部分。但与此同时，行星必须以一定的速度移动才能维持稳定的轨道，这取决于恒星的质量——如果行星移动得太慢，它会坠入恒星，如果它移动得太快，它会飞走。
桑福德说：“然后我们可以利用行星与其恒星的距离[成比例]的知识，结合凌星的持续时间，来求解恒星密度。”“如果一颗行星距离遥远，但凌星时间很长，我们就知道这颗恒星一定是又大又蓬松且密度低；如果一颗行星靠近且凌星速度很快，我们就知道这颗恒星一定是又小又紧凑且密度高。”
换句话说，恒星密度越大——相对于其半径而言质量越大——行星在其前方停留的时间就越少。
宝库
虽然研究人员已经知道凌星行星与其母恒星密度之间的这种关系，但自从开普勒于 2009 年发射以来，才有了超过少数可用于分析的凌星行星，桑福德说。
桑福德说：“我们拥有如此庞大的数据宝库，我们可以开始应用一些人们在数据准备就绪之前很久就想到的想法。”“这就是我们在这里所做的。”[你如何从地球上发现一颗系外行星？（信息图）]
这种方法要求研究人员非常了解行星的轨道，或者他们可以预测它是圆形的。（圆形轨道在多行星系统中往往很常见。）它还要求研究人员知道行星的完整轨道长度——因此它必须多次经过恒星前方。
一旦确定了这些标准，研究人员就可以在两个关键方面使用这些计算：确定凌星是否真的是由行星引起的，或者它是否是误报，以及分析多行星系统中的其他行星。
西格告诉 Space.com，误报案例是西格首次开发该方程式时想到的用途之一：“如果你仅从光变曲线中获得恒星密度，然后如果你因为你已经了解其质量和大小而获得恒星密度……如果这些密度不匹配，你正在观察的东西就不是行星，”西格说，她没有参与这项新研究。“这是一个混合物体；这是一个误报；这是其他东西。”
她补充说：“所有的应用都很令人兴奋，无论您只是想测量一组恒星的密度，还是将其用作一种比较工具。”
在主要任务期间，开普勒对同一组恒星进行了四年的观测，但未来的系外行星搜寻者，例如美国宇航局的 凌星系外行星巡天卫星 （TESS），计划于 2018 年发射，将在天空的每个部分花费的时间要短得多——只有一个月左右。在多行星系统中，如果一颗行星的轨道运行速度足够快，研究人员可以看到不止一个完整的轨道，那么这颗行星就可以充当“锚”，以确定恒星的密度，从而让研究人员了解其他行星的轨道。
桑福德说：“在轨道周期超过一个月的窗口中，将会出现很多 宜居带行星。”“如果我们只看到一次凌星，如果我们无法直接测量周期，那么它可能是一颗非常非常遥远的行星，在这种情况下，它太冷而无法拥有液态水，或者它可能正好位于宜居带的中间。”
她补充说：“如果我们能使用我们的方法来约束恒星，并从那里约束外部行星的周期，那么如果我们知道它们很可能是宜居带，可能处于适合液态水的温度范围类型的行星，那么这对于优先考虑某些行星进行后续研究来说可能真的很有趣。”
了解行星，了解恒星
荷兰莱顿大学的研究员文森特·范·艾伦没有参与这项研究，他说，有一句谚语是“了解你的恒星，了解你的行星”。通常，研究人员会利用他们可以从恒星中收集到的信息来识别其行星可能由什么构成以及轨道看起来是什么样子。
范·艾伦自己的研究使用恒星密度和凌星持续时间来了解 行星的轨道——这与桑福德的计算方法相反。
范·艾伦说：“我们对恒星的了解不够，我们了解到的关于行星的一切都以某种方式与恒星相关的间接信息。”“从这个意义上讲，他们可以将事物扭转过来，真正了解行星，从而了解恒星，这真是一个令人欣慰的结果。”
这项新工作已被《天文学杂志》接受发表，并且 可在 ArXiv.org 上查阅。
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