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科学家发现神秘系外“木星” 年轻行星含大量气体
2020年11月12日14:15:33    来源:科学网

  

  这是由美国宇航局所属TRACE卫星拍摄于2004年金星凌日期间的三张照片。最上方的照片拍摄于可见光波段;左下方的照片拍摄于紫外波段;而右下方的图像拍摄于极紫外波段

  北京时间5月18日消息,据美国太空网报道,下个月即将发生一次金星凌日的天象。对此一位著名研究人员表示,这次天象或将有助于天文学家们锁定那些围绕遥远的恒星运行的系外行星并对它们展开研究。

  6月5日,从地球上看去,金星将从太阳的圆面上通过,这就是金星凌日现象。而下一次再发生这样的天象将要等到105年之后。然而即将上演的这一幕天文奇景还远远不止是罕见那么简单;它也将为天文工作者提供一个难得的机会去演练我们搜寻并研究遥远的太阳系外行星的技术。

  美国威廉姆斯学院的杰·帕萨切夫(Jay Pasachoff)告诉美国太空网:“我们将尽我们所能地利用好这样一次金星凌日的机会来开展对系外行星以及它们大气层的研究。”

  帕萨切夫在本周的《自然》杂志上撰写了一篇评论,这篇评论于本月16日在线发表。在这篇文章中,他详细描述了这样一次凌日现象可以为我们提供的观测机会。

  搜寻系外行星

  搜寻系外行星产生的凌星现象一直是搜寻这些遥远行星的有效手段。如美国宇航局的开普勒空间望远镜的探测工作便是基于这一原理。截至目前,该项目已经使用这一方法发现大约2300颗系外行星候选目标。该方法的实质就是通过精密测光,探测由于行星体的遮掩效应而导致的恒星亮度轻微减弱的现象。尽管这些已经被发现的候选目标中有很大一部分还需要后续的进一步确认,但是开普勒项目科学家们估计认为其中至少80%的候选目标最终都将得到确认。

  然而凌星这一方法存在的一项严重问题在于,导致恒星亮度发生轻微改变的原因并非仅仅只有视线前方有行星这一种可能性。比方说,恒星表面出现大面积的黑子也可以导致其整体亮度发生轻微的下降。而下个月即将上演的金星凌日现象正值太阳临近其11年的活动高峰期,在6月5日当天或许会有较大规模的黑子出现。因此这样一次凌日天象正好将给天文学家们提供一个练兵的机会,在存在大型黑子背景的情况下学习如何区分两者的信号差异。

  上一次金星凌日发生在2004年,但是当时的那次凌日没有为天文学研究提供这样的时机,因为那一次的凌日发生时太阳正值平静期,整个太阳表面没有多少黑子。金星凌日现象一般会成对出现,两者相隔8年,而对与对之间的间隔则几乎达到一个世纪。

  了解行星特征

  帕萨切夫表示,除了有助于发现之外,此次金星凌日现象或许还将帮助天文学家们更好地对系外行星和它们的大气层展开研究工作。

  首先,对于金星凌日现象的详细观测将让天文学家们有机会计算出金星的直径大小,当然这一数据是已知的。但是将由凌日观测测量获得的数据和金星直径的实际数据两者进行比对的过程将帮助天文学家们估算当他们对系外行星大小进行测量时可以做到的精度。

  更进一步地,科学家们用他们的设备仪器对此次凌日现象进行观察的过程将让我们更好的了解金星浓厚大气层的本质和组分。因为研究人员已经了解很多有关金星大气的信息,此次凌日观测将可以作为对未来系外行星观测技术和获取数据的校准验证机会。

  帕萨切夫和他的同事们正在筹划着开展类似这样的工作。为了寻找二氧化碳,他们计划在位于新墨西哥州美国国家太阳观测台所属的一台大型光谱仪上加装滤光镜。二氧化碳是组成金星大气层的最主要成分。

  帕萨切夫在他发表在《自然》杂志上的评论中写道:“这样做将会让我们得以在凌日期间对一个已然相当了解的大气层进行一种独特而详尽的光谱学研究。而这一结果又可以被应用于未来对未知的系外行星的大气层研究中去。”

  但这并不是说科学家们已经完全了解了金星的大气层。帕萨切夫正和来自全世界各地的天文学家们共同努力,准备使用多台设备对此次凌日现象加以观测,以便了解更多有关金星本质以及演化方面的信息。帕萨切夫告诉美国太空网称:“利用这些数据和欧洲空间局的金星快车获得的数据进行对比,我们将可以对金星大气中等尺度结构获得较之单单利用空间探测或凌日观测更好的理解。”

  呼唤行动

  帕萨切夫在《自然》杂志上撰写的评论实际上可以被视作是一种行动的号召。他正号召同行们充分利用好这一次千载难逢的机会,尽管他们并不很清楚此次观测所获得的数据最终究竟将会有什么用处。

  帕萨切夫写道:“就目前而言,想要断言对我们太阳系内发生的凌日现象进行的研究最终究竟将会对我们解译遥远系外行星的观测数据起到多大作用还为时过早。但是这样的凌日现象是如此罕见,浪费这样的时机将是一种犯罪。”

  他说:“让我们将这一问题的答案留给后来的天文学家们吧。尤其是那些将会对下一次金星凌日进行观测的人——下一次金星凌日现象将会在公元2117年上演。届时我们的这些数据将会丰富那时候的天文学家们的数据库。谁也无法预料我们的这些数据是否会在未来产生关键性的作用。”

  很多其它天文学家同样也有类似的想法。举例而言,美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)探测器也将对这一历时7个小时之久的凌日现象进行观测,当然其这样做的部分目的是为了校准其搭载的一些设备,但是也可以借此进一步帮助了解金星的大气层。

  美国宇航局的哈勃空间望远镜同样也将被调动,用来对这一凌日事件进行观测——尽管不是直接进行观测。哈勃望远镜的光学系统非常敏感,因此不能直接面对太阳,甚至其视野都要尽量避免靠近太阳附近。因此此番它将利用月球作为它的反光镜,对从照射到月面并反射回来的阳光进行观察。其观测目标是确定金星大气的成分,并借此验证用于未来对系外行星进行观测的技术手段。(晨风)

  据国外媒体报道,美国麻省理工学院、美国宇航局等机构的研究人员现已发现一颗距离地球1500光年之遥的系外行星,在主恒星炽热高温下正逐渐蒸发化为灰烬。科学家们推测这种较长的尾状残骸体(颇似彗星尾)是跟随着这颗行星,它正在演绎呈现这颗行星的湮没历程。据研究小组评估计算,这颗小型系外行星体积不大于水星,将在未来1亿年前完全瓦解。

  

这是一颗行星掠过恒星表面,天文学家最新研究发现一颗正在“灰飞烟灭”的行星

  研究小组发现这颗满是灰尘的行星每隔15小时环绕主恒星一周,这是迄今观测到最短公转周期的系外行星。像这样短的轨道距离肯定与主恒星非常近,暗示着这颗行星可能遭受其橙色炽热恒星的高温加热,其表面温度可达到3600华氏度(1982摄氏度)。研究人员推测在这样的高温下,行星表面的岩石物质将融化蒸发,形成一股风流卷着气体和灰尘进入太空。当这颗行星高速环绕主恒星运行时,将形成密集的尾状灰尘云。

  美国麻省理工学院退休物理学教授索尔-拉帕波特(Saul Rappaport)是该项研究报告合著作者之一,他说:“我们认为这些灰尘是由亚微米等级微粒构成。”

  研究小组的这项发现发表在《天体物理学期刊》上,该研究基于开普勒望远镜的观测数据,这个太空基础望远镜对银河系内16万多颗恒星进行了勘测分析。开普勒望远镜每隔一定时间记录了每颗恒星的亮度变化,之后科学家分析这些数据寻找太阳系之外新行星存在的迹象。

  独特的恒星

  天文学家基于开普勒望远镜观测一颗恒星亮度的规律性明暗变化,来鉴别系外行星。例如:如果一颗恒星每隔一个月亮度变暗,一种可能性是一颗行星每隔一个月就掠过恒星表面,每次行星运行至恒星前方,都会阻挡相同数量的恒星光线。

  然而,拉帕波特和他的同事无意中发现一颗叫做KIC 12557548的恒星存在着奇特的光线图像,研究小组检测了这颗恒星的光变曲线,这是一种记录恒星亮度变化的曲线图表,发现每隔15个小时恒星光线强度出现下降,表明某种星体有规律地阻挡了恒星光线。

  研究小组认为通过一些观点可以解释这些令人费解的数据,其中包括行星二重奏观点,这是两颗行星彼此环绕在一起,同时环绕主恒星运行。拉帕波特详尽论述了二重奏行星以不同的方向穿过一颗恒星,在每次日蚀时阻挡了不同数量的恒星光线。但是最后观测数据未能支持这一假设观点,恒星每间隔15小时光线变暗,这一周期时间太短,无法提供充足的空间使两颗行星彼此环绕运行,像地球和月球那样结合在一起环绕太阳。

  灰尘解释论

  研究人员提出一种独特假设——恒星光线强度变化是由某些不定形、外形变化星体所致。拉帕波特说:“我不知道我们如何顿悟到这一点的,但是一定存在某种根本性变化,它并不是一个固体结构星体,很可能是来自行星的灰尘云。”

  拉帕波特和他的同事调查分析了灰尘形成以及从行星释放的不同方式,他们推断这颗行星一定具有较低的重心引力,有点儿像水星,气体和灰尘可以从这颗行星的引力场中逃逸出来。同时,这颗行星一定拥有炽热的温度,表面温度可达到3600华氏度。

  拉帕波特称,有两种可能性来解释行星灰尘的起源,灰尘来自于行星表面火山喷发的灰烬;或者是高温蒸发的金属物质凝结在灰尘之中。至于有多少灰尘从这颗行星喷射,研究小组指出,这颗行星损失了足够数量的灰尘,从而可以解释开普勒观测数据。基于他们的运算,研究人员推断按照这颗行星释放灰尘的速度,在1亿年之内它将完全崩溃。

  研究人员建立了一个行星环绕恒星运行的模型,连同它的较长、拖曳灰尘云结构。这些灰尘密集地环绕行星,伴随着拖曳灰尘云结构的延伸而变得稀薄。研究小组模拟了当行星和它的灰尘云途经恒星时,这颗恒星的亮度变化,发现这种光线变化图像匹配于开普勒望远镜观测到的不规律性光变曲线。

  拉帕波特说:“起初我们并不理解观测图像,然而当我们依据灰尘解释论进行分析,我们能够真正地解析这种灰尘尾状结构的起源。”

  开普勒望远镜科学小组成员之一的丹-法布瑞西基(Dan Fabrycky)称,这一理论模型可能进一步增加了行星湮没消失的不同解释观点。这可能是行星完全湮没的另一种解释,许多研究得出结论显示行星并非永恒不变,它们可能以离奇的方式毁灭,或者未来一颗行星可能完全蒸发。(悠悠/编译)

  

  艺术示意图:一颗位于33光年之外的系外行星,据测算其直径仅有地球的2/3,使其成为迄今发现距离地球最近的直径小于地球的系外行星

  北京时间7月20日消息,据美国宇航局官方网站报道,天文学家使用美国宇航局所属斯皮策空间望远镜于近期发现了一颗系外行星,他们相信这颗系外行星的大小仅有地球的2/3。这颗行星编号为UCF-1.01,距离地球约33光年,这将使它成为迄今发现距离地球最近的直径小于地球的系外行星。

  所谓系外行星是指那些围绕其它恒星运行的行星。到目前为止天文学家们仅仅找到了很少一部分直径小于地球的此类行星。斯皮策空间望远镜之前便开展过对已发现系外行星的凌星观测,然而UCF-1.01却是这架空间望远镜首颗识别出的系外行星。这一发现证明斯皮策望远镜具备开展搜寻直径小于地球的系外行星目标的潜力,这些行星可能拥有宜居环境。

  凯文·史蒂文森(Kevin Stevenson)来自奥兰多中佛罗里达大学,他也是有关这一系外行星发现的论文的第一作者。这篇文章已经被《天体物理学报》接受,并将于近期发表。他说:“借助斯皮策空间望远镜,我们发现了确凿的证据证明存在一颗非常小的,非常高温,并且距离非常近的系外行星。确认类似UCF-1.01这样的近距离小型系外行星将为有朝一日使用更加先进的设备进行进一步的观测研究开辟道路。”

  这颗系外行星对于斯皮策空间望远镜而言是一个预料之外的发现。当时史蒂文森和他的同事们正在对一颗海王星大小的系外行星GJ 436b进行研究,这颗行星之前便已经被确认围绕着红矮星GJ 436运行。在斯皮策望远镜的数据中,天文学家们注意到在这颗恒星的红外波段辐射中存在轻微的下降,这一下降区域和由行星GJ 436b引起的下降区域是分开的。随后对斯皮策望远镜之间的存档数据进行的分析也发现这样的下降是呈周期性出现的,这就意味着有另外一颗行星遮挡了这颗恒星的光芒。

  这项技术已经在很多望远镜上使用,其中包括美国宇航局的开普勒空间望远镜,即利用凌星法探测系外行星。根据这一下降区域出现的周期长短,以及它导致的微小亮度下降,可以确定这颗系外行星的一些基本性质,比如它的大小以及距离恒星的距离。在UCF-1.01的案例中,计算结果显示其直径约为5200英里(约合8400公里),这一数值相当于地球直径的2/3。行星UCF-1.01距离母恒星GJ 436的距离也很近,仅相当于地-月距离的7倍,由于这样近的距离,这颗行星上的一年仅相当于地球上的1.4天。考虑到它距离恒星如此之近,甚至远远近于水星到太阳的距离,这颗行星的地表温度将超过华氏1000度(约合600摄氏度)。

  如果这颗小型的炙热行星历史上曾经有过大气层的话,在这样的条件下也早就挥发殆尽了。因此UCF-1.01更像是一颗遍布陨石坑的,地质上基本呈现死寂状态的行星,这方面有点和水星类似。论文合著者,这项研究的首席科学家,同样来自中佛罗里达大学的约瑟夫·哈灵顿(Joseph Harrington)则提出了另外一种可能性,那就是:由于在如此近的距离上围绕一颗恒星运行,这颗系外行星的地表可能已经呈现熔融状态。哈灵顿说:“这颗行星的地表可能是一片岩浆海。”

  除了行星UCF-1.01,史蒂文森和他的同事们还注意到了第三颗行星存在的线索,他们将其命名为UCF-1.02,同样围绕恒星GJ 436运行。斯皮策空间望远镜对这两颗行星都已经观测到多次信号。然而,即使使用最灵敏的设备也无法测量出这两颗行星,即UCF-1.01 和UCF-1.02的质量数据,它们太小了,质量估计仅有地球质量的1/3。但是由于必须要确认出这几颗行星的质量才能确认此轮发现,目前研究组暂时仍然只是谨慎地将这两个目标称作“系外行星候选体”。

  在由美国宇航局开普勒空间望远镜圈定的大约1800颗被认为可能拥有行星的恒星候选体中,迄今只确认了其中的3颗恒星拥有比地球小的系外行星。而在这些比地球小的行星中,迄今只有1颗可能比此次斯皮策空间望远镜发现的系外行星更小。这颗行星的直径仅有火星大小,约相当于地球的57%。

  麦克·沃纳(Michael Werner)是美国宇航局喷气推进实验室的斯皮策望远镜项目科学家,他说:“我希望后续的观测能够证实这些令人兴奋的发现,这将证明斯皮策望远镜有能力发现火星大小的系外行星。”他说:“即便是在太空运行了9年之久,斯皮策望远镜的观测仍然不断带给我们新的重要发现。”

  喷气推进实验室(JPL)为美国宇航局华盛顿科学任务董事会负责管理斯皮策空间望远镜的运行。而该望远镜的日常科学工作则由设在加州理工学院的斯皮策空间科学中心负责协调管理。(晨风)

  

新恒星模拟图

  科学网(kexue.com)讯太空中存在太多的未解之谜,也是科学家探索的重要领域,日前夏威夷大学的天文学家用双10米的莫纳克亚山凯克望远镜捕捉到神奇的景象,他们发现了一个行星的形成过程。

  科学家们使用了望远镜观测到这样的奇观,它通常是无法捕捉到这样的场面,因为母星的光通常一枝独秀。科学家发现的行星名为LkCa15 B,热周围较冷的尘埃或者气体,这是形成的行星的“原行星”。 LkCa15B将成为一个类似木星的巨大气体行星。发现它们的是来自美国马里兰州宇航局太空飞行中心的工作人员克劳斯,全世界最大的红外望远镜帮助他完成了发现。

  克劳斯对新行星进行了描述:“LkCa15是迄今发现的最年轻的行星,比前纪录保持者相差了五倍,这个年轻的行星周围充满了气体。在过去,你无法衡量这种现象,是因为它的发生靠近恒星。但是,对于第一次,我们已经能够直接测量到它本身以及它周围的尘土。”

  之后他还透露了一个秘密,克劳斯称“其实LkCa15并不是我们主要观测的对象,你们之后不久就会发现,我们在它的旁边发现了一些新东西。应该是一个微弱的恒星在成长。LkCa15可能是一颗类似木星的行星,我们需要不断观测,也许一年之后我们会得到更多的数据。”

  最后克劳斯也对爱好者表示:“记住发现太空中存在气体的时候,不要认为它们没有作用,或许他们是一个新星体的开始,要有些耐心,仔细的发现其中的奥秘。”

责任编辑:王学文