本文转自:北京邮电大学出版人们正在以惊人的迅猛步伐不断发现系外行星。|无处不在的系外行星

本文转自:北京邮电大学出版
人们正在以惊人的迅猛步伐不断发现系外行星 。 今年5月 , 当新闻界关注这一话题时 , 天文学家宣布总共已经确认了700多颗系外行星 , 此外美国宇航局(NASA)的开普勒空间望远镜还发现了超过3500颗可靠的系外行星候选体 。
“开普勒”望远镜最激动人心的成果之一 , 是在一颗类日恒星的宜居带中发现了一颗1.5倍地球直径的候选系外行星 , 这项空间任务还找到了另外数十颗可能的宜居行星 。 “开普勒”的大批量凌星行星观测系统已经飞速获取了很多新发现 。 它还首次发现了环双星系外行星——围绕两颗恒星运转的行星 。 欧洲的天文学家或许在环绕恒星半人马座αB的轨道上发现了一颗地球质量的行星 , 半人马座α是一个三重恒星系统 , 也是距离太阳最近的恒星(不过最近对这颗行星发生了争议) 。
除了这些具体的发现 , 利用“开普勒”等观测项目累积的数据 , 天文学家们正在接近关于银河系行星的一系列最重大问题的答案:它们的普遍性、性质 , 以及形成过程 。 下面就是对于其中部分最令人关心的问题目前可以做出的回答 。
在银河系中 , 行星存在的普遍性如何?
长期以来 , 天文学家们一直猜想行星是恒星形成过程中与生俱来的副产品:可能除了质量最大的少数恒星 , 在各类恒星周围都有原行星盘环绕 , 形成恒星所剩余的盘中气体和尘埃造就了行星 。 这一想法现在已得到坚实的证据支持 。
有几项研究估量了银河系中行星存在的普遍程度 。 利用微引力透镜技术 , 系外行星搜索工作已经获取了行星数量的第一个有价值的估计结果:在银河系中 , 每颗太阳质量的单星平均拥有一至数颗行星 , 分布在平均距离为0.5至10天文单位(日地平均距离为1天文单位)的轨道上 。
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根据“开普勒”在数据获取期的最初三年中的行星发现率 , 可以得出这样的结论 , 至少70%的类日恒星拥有轨道周期短于85天的行星 。 因为我们仍在继续分析“开普勒”在过去几年中得到的数据 , 而这一工作可能帮助我们找到轨道周期更长的行星 , 所以类日恒星的行星拥有率还会进一步上升 。
我们还希望获知一种最常见类型恒星——红矮星(M型恒星)的行星拥有率 。 这种低光度恒星的质量仅有太阳的5%至10% , 但它们占银河系恒星总数的70%左右 。 尽管最近有人分析“开普勒”的数据后认为 , 银河系中的每颗M型矮星都至少有一颗行星 , 但是这一结论还需要更多观测数据的支持 。 不过看来在M型矮星周围 , 确实普遍地存在着系外行星 。
将所有观测结果综合起来 , 我们发现 , 平均每颗恒星应当至少有一颗行星 。 “开普勒”探测器和其它视向速度巡天项目已经发现了数十个多行星系统 , 然而拥有一颗以上行星的恒星究竟占多大比例 , 仍然是未知数 。 考虑到银河系至少有1000亿颗恒星 , 那么至少应有1000亿颗行星正在银河系中围绕恒星运转 。 行星真是无处不在!
系外行星的质量、尺寸以及到寄主恒星距离的分布情况如何?
目前 , 我们关于系外行星的知识主要来自于“开普勒”探测器、视向速度探测、微引力透镜巡天 。 “开普勒”已经观测了超过15万颗恒星 , 因而发现了足够多的系外行星 , 使我们有能力开始解答这一关键问题 。 “开普勒”发现 , 主序的G型和K型恒星(都与太阳类似)的行星拥有率是:17%拥有半径为地球的0.8至1.25倍、轨道周期短于85天的行星;25%拥有超级地球尺寸(1.25至2倍地球半径)、轨道周期小于250天的行星 。 “开普勒”的观测结果中周期小于50天的那部分可以通过视向速度观测方法来验证 。