本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
想象一下,您正在看房,寻找一个有吸引力的投资场所。但这是一种不寻常的房产搜索。通常情况下,您唯一能看到的房子部分只有前门。它有前门这一事实是好的,让您有信心可能存在其他类似房子的特质;例如一些墙壁、屋顶和房间。但这取决于您来猜测这些特征,来推测真实的构造是什么。
这种极其严格的方法对于地球上的房地产来说可能非常奇怪(并且对于真人秀节目“猜猜房子!”来说是一个真正奇怪的环节),但它几乎是系外行星科学的规范。
我们通常对任何给定的恒星系统及其所孕育的行星知之甚少。更多时候,我们只探测到一颗行星,并且由于我们探测技术的灵敏度,这通常是一个位于小轨道上的世界,并且很可能是系统中任何内部天体中最大的。当然,有时我们很幸运,有些系统中多达 8 颗行星(Kepler-90)已经显露出来。但这在很大程度上是例外情况。
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因此,我们对任何特定行星系统的真实构造都知之甚少。当然,我们可以利用我们对轨道动力学的知识和行星形成理论来填补一些空白。在某些情况下,这甚至使我们能够预测然后确认最初看不见的世界的存在。但在大多数情况下,我们都茫然无知。
尽管如此,如果一个系统足够有趣,我们可以投入我们所拥有的一切。我们最近的恒星邻居,比邻星,就是一个很好的例子。在 2016 年,对该恒星微妙摆动运动的径向速度测量揭示了一颗质量至少为地球 1.3 倍的行星的存在,其轨道周期为 11 天。由于比邻星的亮度是太阳的 0.17%,因此这个微小的轨道实际上将这颗行星 Proxima Cen b 放置在一个可能维持温带环境的区域(受许多未知因素影响)。
但是系统中还有其他行星吗?即使在 2016 年,恒星摆动的数据也暗示了可能存在更多世界,它们的引力会扰动恒星。后来,在 2017 年,来自阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列 (ALMA) 的数据暗示了系统中既存在无线电“闪烁”,也存在可能由其他世界雕刻而成的尘埃带——这表明可能有一颗第二颗行星 Proxima Cen c 潜伏在那里。到 2018 年,来自恒星天体测量任务盖亚的数据也表明,恒星在天空中的移动方式可以用系统中存在另一颗质量更大的行星在更远处轨道上运行来解释。
今年,在 2020 年 1 月,超过 15 年的径向速度测量被分析并用于声称探测到了 Proxima Cen c 的信号;这是一个质量至少是地球 5.8 倍的世界,其轨道周期约为 5.2 年。现在,将这些估计纳入对盖亚的新分析和哈勃太空望远镜星敏感器数据(两者都探测恒星在天空中的视运动)的新分析中,其他研究人员提出了对 Proxima Cen c 的确认,并暗示了这个世界更大的质量,最佳估计范围在地球质量的 12 倍到 18 倍之间。
有趣的是,天体测量数据也有助于约束行星 c 的轨道平面。如果该平面与内部世界(Proxima Cen b)的轨道平面对齐,则有助于进一步约束该行星的质量,使其位于地球质量的 2 到 3 倍范围内。
比邻星行星系统最终究竟是什么样子仍悬而未决。可能还存在其他行星,行星“b”拥有温带地表环境的可能性可能会增加或减少。但是,就像执着的购房者一样,我们正在逐渐超越前门,去了解我们最近邻居的完整构造。