系外行星(系外行星探测)

在我们头顶的天空上,除了太阳和月亮之外,所有的天体看起来都只是一个光点。不论它们有多巨大,在遥远的距离之下,都小得无法分辨。正因如此,即便每天夜里看到满天星斗,古人也不知道它们究竟是什么。

有了望远镜,人类才终于能够看清一些天体的真面目。太阳系的其他行星,在望远镜里露出了真面目。甚至到了后来,天文学家还发现了远在太阳系以外的行星,也就是所谓的系外行星。它们有的距离地球只有几光年,有的甚至在数百光年之外,即使这么遥远,还是有四千多颗被人类发现,而且这个数字还在不断增加。

发现系外行星的方法有很多,我们也曾经介绍过。所有这些方法中,最常用的有两个,分别是凌日法和径向速度法。

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所谓的凌日法,就是系外行星绕行到宿主恒星和地球之间,导致宿主恒星的亮度有所下降,从而被我们发现的方法。这种亮度的变化在肉眼中是看不出来的,但是在人类先进的仪器面前,就会被发现。但这个方法需要满足一个重要的条件,那就是地球要位于这颗系外行星轨道所在平面上,否则它是无法产生凌日现象的。

径向速度法,利用的是多普勒效应的原理。当系外行星运行到不同位置上时,其引力对宿主恒星产生的拉扯方向也在不断变化。虽然它们的质量比恒星小得多,但细微的影响还是有的。原本恒星稳定的光,在这种拉扯作用下会出现明显的规律性波长变化,通过这种信号,我们同样可以发现系外行星。

不论是哪一种方法,它还有另外两个要求,那就是系外行星要足够大,距离恒星也要足够近。这很好理解,巨大的系外行星能够遮挡住恒星更多的光,对恒星产生的拉扯效果也更加明显;如果距离太远,那就只能遮挡住一点点光,不足以被我们发现,或者引力的效果大打折扣(引力与距离的平方成反比),同样不能被我们观测到。

你可能已经注意到:对于太阳系的行星,我们都是采取直接观测的方法;但说到系外行星,怎么就变成间接的手段了呢?难道我们不能直接观测吗?

说起来,我们的成像技术也不是完全达不到这样的标准。但是,我们依然很难对系外行星进行直接成像。

为什么呢?

目前来说,我们发现的系外行星,距离宿主恒星确实比较近。在这种情况下,它们本身又不发光,就很容易淹没在宿主恒星的光芒之中,就好像我们白天在太阳的照耀下也看不见其他的星星一样。

不过最近,科学家还是成功地对一颗非常特殊的系外行星进行了直接成像,这也是迄今为止所有直接成像的系外行星中距离地球最近的一个。

在名为超距轨道低温伴星调查(COolCompanionsONUltrawideorbiTS,简称COCONUTS)的项目中,科学家们发现了这颗行星,并将它命名为COCONUTS-2b。

(图片说明:COCONUTS-2b艺术图)

这颗行星不仅因为被直接成像而值得注意,它本身的一些属性也非常特殊。

结果表明,它之所以能够被直接成像,就在于它和宿主恒星之间的距离非常遥远,达到了6471个天文单位,也就是日地距离的6471倍,约合9700亿公里!要知道,即使是太阳系最外侧的行星海王星,距离太阳也只有大约45.54亿公里。在如此遥远的距离下,COCONUTS-2b上的白天和黑夜也没什么区别了,只不过宿主恒星看起来比其他恒星更亮、更红一些。

虽然遥远的距离让它免于被恒星的光芒吞没,从而被我们直接成像,但这个轨道参数也实在是非常惊人了。在这样的距离下,它需要差不多110万年,才能完成一次公转,这在所有系外行星中也创造了新的纪录。

正是因为二者的距离如此遥远,以至于尽管COCONUTS-2b在2011年就被发现了,也一直没有人想到这两颗天体之间有什么关系。直到这一次,夏威夷大学的天文学家们才发现二者之间的引力作用。

按照常理来想,它在如此遥远的距离下,几乎无法接收来自于宿主恒星的光芒,应该会非常寒冷。但实际上,虽然和某些特殊的系外行星相比还有一定的距离,但COCONUTS-2b也算是非常温暖,甚至有些滚烫了。观测结果表明,它的表面温度约为434K,也就是161℃,超过了水的沸点。

这就很奇怪了,它的热量从何而来呢?

科学家指出:这是因为它是一颗非常年轻的恒星,形成于不到8亿年前。在形成过程中,大量的热量被淹没在行星内部。直到今天,这些热量还没有完全消散,这就是保持其表面温暖的根本原因。

正是因为它相对温暖,我们才能够对它进行直接成像,因为科学家正是通过红外线成像来对它进行观测的。目前来说,它也是科学家直接成像的系外行星中温度第二低的。

(图片说明:COCONUTS-2系统的红外成像)

本次研究的主要作者、来自于夏威夷大学天文学研究所的天文学家张周建介绍说:“位于超宽轨道上的巨大恒星,再加上中心处一颗低温的恒星,COCONUTS-2向我们展示了一个与太阳系完全不同的行星系统。”

研究人员指出:这颗行星对于我们来说,是研究年轻的系外行星所具备的大气成分和演化历程的重要对象,这也是他们未来继续研究的目标。

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