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新儀器首次直接發現最輕系外行星

趙熙熙

2015年08月17日09:04    來源:《中國科學報》    手機看新聞
原標題:新儀器首次直接發現最輕系外行星

  對研究行星演化具有重要意義

  智利雙子座南方望遠鏡發現了木星大小的系外行星。圖片來源:Marshall Perrin

  本報訊科學家迄今為止已經發現了約2000顆太陽系外行星,但其中隻有10顆系外行星能夠直接被觀測到,這是因為與其環繞的明亮母星相比,這些行星未免太過昏暗。如今,一個設計用來直接成像的儀器找到了自己的第一顆新的系外行星——一顆位於波江星座的100光年之外的與木星類似的天體。

  這是迄今為止直接成像的最模糊、質量最小的系外行星,並且是第一顆顯示大氣中富含甲烷的系外行星,類似於太陽系中的巨行星。雙子座行星成像儀(GPI)項目負責人、取得這一發現的美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學物理學家Bruce Macintosh表示:“這個光譜看起來真像一顆行星。”

  這顆名為51 Eri b的行星相當年輕——大約隻有2000萬年。其質量約為木星的2倍,其軌道與母星的距離大約是木星距離太陽的2倍。

  研究人員在8月13日的美國《科學》雜志網絡版上報告了這一發現。

  據Macintosh介紹,天文學家曾期待在與木星類似的巨大系外行星光譜中發現甲烷存在的有力証據,但迄今為止隻探測到了微量的痕跡。Macintosh說,其他許多直接成像的行星的光譜與那些小而低溫的恆星類似,而51 Eri b卻顯示出了水蒸氣與甲烷的強烈信號。

  加利福尼亞州山景城美國宇航局艾姆斯研究中心天體物理學家、GPI團隊成員Mark Marley指出:“由於51 Eri b的大氣富含甲烷,這意味著這顆行星正處在成為我們熟悉的木星的表親的過程中。”Macintosh對此表示贊同,他說:“這真的是迄今為止直接成像的最像木星的天體了。”

  無論是導致母星擺動還是所謂的凌日現象,至今幾乎所有的系外行星都是通過間接手段被發現的。這些技術能夠讓天文學家了解一顆系外行星的質量或大小,但卻無法搞清后者是什麼樣子的。把一顆行星的光分解為光譜能夠揭示其大氣的化學構成。然而直接捕捉這樣的光線就如同在一條探照燈光束的附近尋找一隻螢火虫。目前的天文望遠鏡並不具有這樣的分辨率,除非在一些特殊情況下,即恆星是昏暗的而行星是明亮的且在一條寬闊的軌道上運行。

  51 Eri b是旨在增加直接觀測數量的新一代儀器所發現的第一顆未知系外行星。這些儀器是附屬於一些世界上最大地基望遠鏡上的復雜的光學“盒子”。GPI便被安裝在位於智利Cerro Pachon的8米雙子座南方望遠鏡上。

  這種設備利用一個日冕儀——一個遮擋來自母星光線的“面具”——及其他復雜的光學設備以消除日冕儀邊緣衍射的雜散光。他們還採用了極端的自適應光學以及時補償地球大氣對系外行星光線的扭曲。

  盡管復雜的直接成像依然非常困難,以至於天文學家隻能夠觀測到那些年輕、炙熱並能夠發射紅外線的大型系外行星——通常具有木星規模甚至更大。但這樣的行星對於天文學家嘗試摸清行星如何從周圍年輕恆星的碎片及氣體盤中形成是有價值的。最好的例証就是天文學家能用它來研究太陽系當時的行星形成情況——這已經是幾十億年前的事情了。觀測處於演化不同階段的年輕系外行星將幫助研究人員對不同的行星形成模型進行評估。

  GPI項目科學家、加利福尼亞大學伯克利分校的James Graham指出,51 Eri b大約有650開氏度,“恰恰是我們設計GPI時期待發現的系統”。

  馬薩諸塞州劍橋市麻省理工學院行星科學家Sara Seager表示:“這麼快就看到GPI找到了感興趣的東西真太棒了。希望這只是一長串直接成像研究成果的開端。”(趙熙熙)

(責編:趙竹青、馬麗)


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