天文学家称量火星大小的系外行星

开普勒-138b是第一个尺寸和质量都经过测量的比地球小的行星

研究人员说,一颗距离我们太阳系约200光年的火星大小的行星,被证明是已知围绕普通恒星运行的最轻的系外行星。

天文学家在测量了这颗名为开普勒-138b的炙热行星的大小和质量后得出了这一发现,它围绕着一颗名为开普勒-138的红矮星运行。由于火星只有地球的53%(大约一半大小),所以开普勒-138b比地球小

在过去的几十年里,天文学家已经证实了超过1800颗系外行星的存在,即围绕着除太阳以外的恒星运行的行星。然而,科学家计算像火星或水星这样的小型岩石行星的质量,比计算像木星或土星这样的大型气体行星的质量要困难得多。科学家通过观察系外行星的引力场对其恒星的拉力来测量它们的质量;小行星的质量很小,它们对恒星的微弱拉力更难让天文学家探测到。因此,很少有地球大小的系外行星被测量过质量。[图片中最知名的微小系外行星]


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在这项新的研究中,天文学家调查了开普勒-138,这是一颗质量约为太阳一半的寒冷、昏暗的红矮星。开普勒-138位于天琴座,距离地球约200光年。

该研究的主要作者,宾夕法尼亚州立大学在大学公园的天文学家丹尼尔·乔托夫-胡特告诉Space.com,开普勒-138“距离我们比太阳远1000多万倍。”

此前的研究已经证实,恒星开普勒-138拥有三颗系外行星,通过探测到当其中一颗行星从它前面经过时发生的恒星光线轻微变暗的现象。这两颗行星——开普勒-138c和开普勒-138d——的宽度约为地球的1.2倍。第三颗开普勒-138b的宽度比地球的一半多一点,使其大小与火星差不多。

乔托夫-胡特说:“开普勒-138b对我们来说的视大小,就像1000万公里(620万英里)远的1个高尔夫球。”

这三颗系外行星非常靠近它们的恒星运行。开普勒-138b完成其轨道需要10天多一点,开普勒-138c需要将近14天,开普勒-138d需要大约23天。

研究人员利用美国宇航局的开普勒探测器,研究了这些系外行星之间的引力拉锯战如何影响它们的轨道长度。由于行星的引力与它的质量直接相关,科学家们得以称量所有这三颗行星。

天文学家发现,火星大小的内部行星开普勒-138b的质量约为地球的十五分之一,即6.7%,约为火星质量的三分之二。

乔托夫-胡特说:“开普勒-138b是第一个尺寸和质量都被测量过的比地球小的系外行星。”

已知质量最小的系外行星可能是系外行星PSR B1257+12 b,其估计质量仅为地球的五十分之一,即2%。然而,那个行星不是围绕一颗普通恒星运行的,而是围绕一颗脉冲星运行——脉冲星是超新星爆炸后形成的密集、快速旋转的残留物。

了解开普勒-138b的质量和宽度有助于研究人员计算其密度,他们发现其密度约为火星的三分之二,表明它具有纯粹的岩石成分。

乔托夫-胡特说,虽然开普勒-138b的质量和宽度可能与火星相似,但它距离它的恒星如此之近,因此温度更高,这意味着它可能与火星非常不同。乔托夫-胡特说:“事实上,围绕开普勒-138运行的所有三颗行星可能都太热而无法保留液态水。”在这些行星上,表面温度可以达到约960华氏度(515摄氏度)。

开普勒-138c和开普勒-138d的质量分别为地球的197%和64%。

乔托夫-胡特说,这一发现开启了对小于地球的岩石系外行星的研究。

乔托夫-胡特说:“开普勒发现的各种各样的系外行星表明,像我们太阳系这样的系统可能不是常态,我们也不知道为什么。”分析更多的系外行星“将为我们提供关于行星如何形成的线索,并使我们能够了解像我们自己的系统到底有多普遍。”

科学家在《自然》杂志6月18日刊中详细介绍了他们的发现。

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Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大众科学. His work has also appeared in The New York Times, Science, Nature, Wired, and LiveScience, among others. In his spare time, he has traveled to all seven continents.

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