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系外行星:超越我们太阳系的世界

  系外行星:超越我们太阳系的世界作者:Elizabeth Howell,Space.com贡献者

   2018年3月29日美国东部时间09:47 0 0 更多系外行星:超越我们太阳系的世界 迄今发现的最年轻的系外行星不到100万年,绕着距离我们420光年远的恒星Coku Tau 4运行。天文学家从尘埃盘中的一个巨大的洞中推断出这颗行星的存在。这个洞的大小是地球围绕太阳运行的轨道的10倍,可能是由于行星在绕着恒星运转时清除了尘埃中的空间。图片来源:NASA 系外行星是我们太阳系以外的行星。在过去二十年中已经发现了数千种,主要是美国宇航局的开普勒太空望远镜。 这些世界有各种各样的尺寸和轨道。有些是巨大的行星,靠近他们的母星; 其他的都是冰冷的,有些是岩石的。美国国家航空航天局和其他机构正在寻找一种特殊的行星:一种与地球大小相同的行星,在可居住的区域绕太阳一样的恒星运行。可居住区域是恒星的距离范围,行星的温度允许液态海洋,这对地球上的生命至关重要。该区域的最早定义是基于简单的热平衡,但可居住区域的当前计算包括许多其他因素,包括行星大气的温室效应。这使得可居住区的边界“模糊”。 广告天文学家在2016年8月宣布,他们可能已经发现这样一颗行星绕着Proxima Centauri旋转。研究人员表示,新发现的世界,即Proxima b,质量约为地球的1.3倍,这表明系外行星是一个多岩石世界。这颗行星也位于恒星的可居住区,距其主星仅470万英里(750万公里)。它每11.2个地球日完成一个轨道。因此,系外行星很可能被锁定,这意味着它总是与其主星显示相同的面,就像月亮只显示地球的一个面(近侧)一样。大多数系外行星都是由开普勒太空望远镜发现的,这是一个天文台,于2009年开始运作,预计一旦耗尽燃料,将于2018年完成任务。截至2018年3月中旬,开普勒已经发现了2,342个确认的系外行星,并显示可能有2,245个其他系外行星。所有观测站发现的行星总数为3,706。 早期发现虽然系外行星直到20世纪90年代才得到证实,但多年前天文学家才确信它们已经存在。这不仅仅是一厢情愿的想法,而是因为我们自己的太阳和其他明星的旋转速度有多慢,不列颠哥伦比亚大学天体物理学家Jaymie Matthews告诉Space.com。马修斯是偶尔的系外行星望远镜观测者MOST(STAR的微变率和振荡)的任务科学家,参与了一些早期的系外行星发现。天文学家对我们的太阳系有一个起源故事。简单地说,旋转的气体和尘埃云(称为原始星云)在自身的引力下坍塌,形成了太阳和行星。当云层坍塌时,角动量的保持意味着即将成为太阳的旋转应该越来越快。但是,虽然太阳占太阳系质量的99.8%,但是行星的角动量有96%。天文学家问自己为什么太阳旋转得这么慢。年轻的太阳会有一个非常强大的磁场,它的力线伸入到行星形成的旋转气体盘中。这些场线与气体中的带电粒子相连,并像锚一样起作用,减缓了形成太阳的旋转,并使最终变成行星的气体旋转。像太阳这样的大多数恒星都在缓慢旋转,因此天文学家推断他们发生了同样的“磁制动”,这意味着必须为他们发生行星的形成。暗示:行星必须在类似太阳的恒星周围是常见的。由于这个原因和其他原因,天文学家最初限制他们寻找系外行星到类似于太阳的恒星,但前两个发现是围绕一颗名为PSR 1257 + 12的脉冲星(一颗以超新星身份死亡的恒星快速旋转的尸体)。 1992年,第一个确认发现了一个围绕太阳状恒星运行的世界,是51 Pegasi b - 一个木星质量的行星,它比我们的太阳更接近太阳20倍。这是一个惊喜。但七年前又出现了另一个奇怪的现象,暗示着即将到来的太空系外行星。一个加拿大小组于1988年在Gamma Cephei周围发现了一颗木星大小的行星,但由于它的轨道比木星小得多,科学家们并没有声称有一个明确的行星探测器。马修斯说:“我们并不期待这样的行星。它与我们太阳系中的行星不同,它们是谨慎的。” 大多数第一批系外行星的发现都是巨大的木星大小(或更大)的气体巨星,它们在母星附近轨道运行。这是因为天文学家依赖于径向速度技术,该技术可以测量一颗恒星在行星或行星围绕轨道运动时“摇摆”的程度。这些大行星靠近它们对它们的母恒星产生相应大的影响,导致更容易检测的摆动。在系外行星发现的时代之前,仪器只能测量低至每秒一公里的恒星运动,对于检测由行星引起的摆动来说太不精确。马修斯说,现在,有些仪器可以测量低至每秒厘米的速度。“部分原因在于更好的仪器,但也因为天文学家现在更有经验从数据中挑出微妙的信号。” 开普勒,TESS和其他天文台开普勒于2009年启动了观测天鹅座星座区域的主要任务。开普勒执行了这项任务已有四年 - 是其初始任务寿命的两倍 - 直到大部分反应轮(指向装置)失效。然后美国宇航局将开普勒置于一个名为K2的新任务中,其中开普勒利用太阳风的压力来维持太空中的位置。天文台周期性地切换其视野以避免太阳的眩光。在切换到K2之后,开普勒的行星发现速度放缓,但仍然有数百个系外行星使用这种新方法。其最新数据于2018年2月发布,共有95颗新行星。 Alien Worlds信息图表20“x60”海报。 在此处购买 Alien Worlds信息图表20“x60”海报。在这里买图片来源:Space.com商店开普勒揭示了不同类型行星的聚宝盆。除了气体巨行星和地球行星之外,它还有助于定义一个称为“ 超级地球 ”的全新类别:地球大小与海王星之间的行星。其中一些是在他们的星星的可居住区域,但天体生物学家正在回到绘图板,考虑如何在这样的世界上发展生命。开普勒的观察表明,超级地球在我们的宇宙中是丰富的。(奇怪的是,我们的太阳系似乎没有包含这样大小的行星,尽管有些人认为一个绰号为“ 行星九号 ” 的大型行星可能潜伏在太阳系的外围。)开普勒寻找行星的主要方法是“过境”方法。开普勒监视星光。如果灯光以规则和可预测的间隔变暗,那表明行星正穿过恒星的表面。2014年,开普勒天文学家(包括马修斯的前学生Jason Rowe)推出了一种新的“多重验证”方法,该方法提高了天文学家将候选行星推向确认行星的速度。该技术基于轨道稳定性 - 短时间内发生的恒星的许多过渡只能归因于小轨道上的行星,因为可能模仿的多次掠过的恒星将在几百万年内重力从系统中相互弹射。由于开普勒完成其使命,一个名为过境系外行星测量卫星(TESS)的新观测站预计将于2018年春季发射.TESS将每13.7天绕地球运行一次,并将在两年内进行全天测量。它将在第一年调查南半球,在第二年调查北半球(包括最初的开普勒场)。预计该天文台将展示更多的系外行星,包括至少50颗大约在地球上的系外行星。 其他着名的行星狩猎观测站(过去和现在)包括:欧洲南方天文台的智利La Silla 3.6米望远镜上的HARPS观测图,其第一盏灯是在2003年。该仪器旨在观察行星在恒星旋转中引起的摆动。HARPS本身已发现超过100颗系外行星,并经常用于确认开普勒和其他天文台的观测结果。加拿大微型变率和STars(MOST)望远镜的振荡,于2003年开始观测.MOST旨在观测恒星的星体震学或星震。但它也参与了系外行星的发现,例如寻找系外行星55 Cancri e。法国航天局的CoRoT(COnvection ROtation和Planet Transits)于2006年至2012年间运行。它发现了几十个确认的行星,包括COROT-7b--第一个主要由岩石或金属组成的系外行星。美国宇航局/欧洲航天局哈勃和美国宇航局斯皮策太空望远镜,分别定期观测可见或红外波长的行星。(有关行星大气层的更多信息可通过红外线获得。)欧洲特征ExOPlanets卫星(CHEOPS),预计将于2018年发射。该任务旨在准确计算行星的直径,特别是那些落在超地球和海王星质量之间的行星。在NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜,预计在2020年推出,是一家专业的红外波长来观察。强大的天文台预计将揭示更多关于某些系外行星大气的可居住性。欧洲航天局的PLAnetary Transits and Oscillations of the Stars(PLATO)望远镜预计将于2024年发射。它旨在了解行星如何形成以及哪些条件(如果有的话)可能有利于生命。 ESA ARIEL(大气遥感红外系外行星大型测量)任务将于2028年中期发射。预计将观察1,000颗系外行星,并对其大气的化学成分进行调查。图表显示开普勒发现的新外星体的相对大小,与地球和木星相比。图表显示开普勒发现的新外星体的相对大小,与地球和木星相比。图片来源:NASA / Tim Pyle 着名的系外行星有数千人可供选择,很难缩小范围。在可居住区域的小型固体行星自动脱颖而出,但马修斯挑出了其他五个系外行星,这些系外行星扩展了我们对行星如何形成和演化的看法: 51 Pegasi b:如前所述,这是第一颗被太阳恒星围绕的星球。它的质量是木星质量的一半,它绕太阳运行的距离大约是水星与太阳的距离。51 Pegasi b与它的母星非常接近,它很可能被锁定,这意味着一方总是面向恒星。 HD 209458 b:这是第一颗(1999年)发现它的恒星(尽管它是由多普勒摆动技术发现的),并在随后的几年中发现了更多的发现。它是太阳系外的第一颗行星,我们可以通过该行星确定其大气层的各个方面,包括温度分布和缺少云层。(Matthews使用MOST参与了一些观察。) 55 Cancri e:这颗超级地球围绕一颗足够明亮的恒星运行,这意味着天文学家可以比其他任何星系更详细地研究该系统。它的“年份”只有17小时41分钟(当MOST在2011年凝视系统两周时就认出了它)。理论家推测,这颗行星可能富含碳,带有钻石核心。 HD 80606 b:在2001年发现它时,它作为有史以来发现的最古怪的系外行星记录。它的奇怪轨道(类似于围绕太阳的哈雷彗星)可能是由于另一颗恒星的影响。它的极端轨道会使地球的环境变化很大。 WASP-33b:这颗行星于2011年被发现并有一种“防晒”层 - 一个平流层 - 吸收其母星的一些可见光和紫外线。这颗行星不仅绕着它的恒星“向后”运行,而且还触发了由MOST卫星看到的恒星振动。

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