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NASA发布开普勒星表:行星大小很有讲究!

科学公园  · 公众号  ·  · 2017-06-30 07:29

正文

发布会现场(来源:NASA@Twitter)


6月19日美国航天局召开新闻发布会公布了“开普勒”望远镜最新的探测成果并公开发布,一批共计219个新的系外行星候选目标,其中有10个接近地球大小并运行在各自的“宜居带”内。同时NASA表示即将公开发布2009-2013年期间的观测数据。在此次公布的星表中新增了


黄色圆点表示新发现的位于宜居带的系外行星候选目标(来源:NASA/Ames Research Center,绘图:Wendy Stenzel)


这是“开普勒”太空望远镜第8次公布星表,也是迄今为止最完整详尽的星表,囊括了这台望远镜最早的4年观测数据,包含了4034个系外行星候选目标,其中2335个获得确认的系外行星,而宜居带内类地行星则有大约50个,其中超过30个得到了验证。NASA表示,这也是“开普勒”第一阶段任务的最后一份星表。从2009年升空以后“开普勒”的主要任务就是扫描天鹅座内的一小片天区中的约10万颗恒星,通过凌星法探测系外行星。


左边为2009-2013年开普勒望远镜探测的天区,右边为2014年至今的探测天区。(来源:NASA/Ames Research Center,绘图:Wendy Stenzel)


2013年,望远镜发生重大机械故障,无法对原有天区进行精确定位。由于远在1.2亿公里之外,派人过去修是不可能的。眼看数亿美元的望远镜不得不报废,地面工程师想到一个大胆的远程拯救方案——调整太阳能帆板角度,利用太阳光压帮助望远镜实现平衡!不过代价是望远镜必须和太阳保持一个特定角度,不能随心所欲地观测任何天区;同时它的观测范围也被迫从天鹅座移到了黄道面,这当然也是有利有弊,好处是扫描的天区其实更大了,但缺点就是黄道面附近“乱七八糟”的东西太多。不过好消息是,这种前无古人的太空修复工程竟然获得成功!2014年起“开普勒”望远镜进入生命中第二个探测阶段,NASA的科学家把它命名为“K2”计划。


“K2”计划原理图,通过太阳辐射光压保持望远镜平衡,令其可以稳定地观察目标天区,每一次观测大约可以持续75天。(来源:NASA/Ames Research Center,绘图:Wendy Stenzel)


此次公布的数据中没有涵盖“K2”计划,但显然,第一阶段其完成的任务已经足够出色,给我们展现了许多位置世界。虽然天鹅翅膀边上的天区范围十分有限,但那么多恒星拥有自己的行星,这是非常令人振奋的消息,积累下来的数千个案例也给了天文学家做统计分析的机会。研究表明,存在两个体型较小的系外行星群落,一个是“类地岩石行星”,另一个是“亚海气态行星”(比海王星略小的气态行星),而其他行星数量相对较少,这或许对天文学家研究行星演化有着重要的借鉴意义。


1-12倍地球半径的系外行星统计数据,1-1.5倍以及2-3倍地球半径的行星数量明显偏多。(海王星半径约为地球3.88倍)(来源:NASA/Ames Research Center/CalTech/University of Hawaii/B.J. Fulton)

系外行星归类。图中小圆点为用不同方法发现的系外行星,浅蓝色为视向速度法,粉红色为凌星法,绿色为直接成像法,蓝色为微引力透镜法,褐色为脉冲星时差法,白色为开普勒望远镜发现的系外行星。纵轴为行星半径,中间三条白线分别对应木星、海王星和地球的半径。横轴表示行星轨道周期,公转周期越短说明离恒星越近。粉红区域表示“热木星”,紫色为低温气态行星,蓝色为液态或冰冻巨行星,绿色表示“熔岩世界”,黄色表示岩石类行星。(来源:NASA/Ames Research Center,绘图:Natalie Batalha/Wendy Stenzel)


天文学家从大量的统计数据中推测,在一开始的时候,自然形成的岩石类的行星可能至多也就比地球大75%,然而在某个尚未知晓的原因的影响下,其中一半的行星裹上了氢气与氦气,半径开始增加,这让它们离开了“类地行星”的行列,向着海王星靠拢。当然这并不说明其他尺寸的行星不存在,如“热木星”、“冷气星”(低温气态行星)等也是普遍存在的,它们都被归为“类木气态行星”或是“巨行星”。其他系外行星探测项目对巨行星也有不少收获,但要发现更小的“类地岩石行星”和“亚海气态行星”,“开普勒”更有优势。不过由于“开普勒”主要依靠凌星法来探测,而恒星本身亮度也会存在一定的变化,公转周期较长(离恒星较远)的行星对它来说还是颇有难度的,尤其是被迫开启“K2”计划后“开普勒”盯着某一天区的时间就更短了。NASA的科学家表示,目前“开普勒”望远镜运行状况良好,如果一切顺利,它还将继续运行到2018年10月。毫无疑问,“史上最成功的系外行星望远镜”的桂冠非他莫属了。


天文学家猜测的“行星生产线”,或许行星形成过程中氢与氦的比重决定了行星最终的大小和形态(来源:NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech,绘图:R. Hurt)

如今有天文学家将行星分为巨型行星和小型行星,小型行星再细分成“超级地球”和“迷你海王星”;还有一种分法是直接归为三类:类地行星、类海行星、类木行星。(来源:NASA/Ames Research Center/JPL-Caltech,绘图:Tim Pyle)