黑科技 科学 类太阳恒星周围能发现类地球行星的比例很高

类太阳恒星周围能发现类地球行星的比例很高

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天文学家很好奇,到底类太阳恒星旁会有多少个类地球行星?美国宾州州立大学和杨百翰大学的Danley Hsu和Eric B. Ford等人最新研究显示:比例非常高,平均大约每4颗类太阳恒星旁,就会有一颗类地球行星。此处所指的类太阳恒星是指质量和年龄都与太阳近似的恒星,类地球行星则是不仅是大小与地球相佛,而且到其母恒星的距离也和地球到太阳差不多,换言之,是个环境与地球相近,适合生物居住的行星。研究人员表示:这是迄今为止,针对有多少类地球行星这个研究所做过最精确的估计。了解这个比例,对于了解系外行星的形成过程,以及对科学家设计未来搜寻邻近类太阳成恒星周围的岩质系外行星的太空任务型态都很重要。

类太阳恒星周围能发现类地球行星的比例很高插图
图说:艺术家想像的克卜勒太空望远镜在太空中的模样。IMAGE: NASA/Ames Research Center/W. Stenzel/D. Rutter

到目前为止,天文学家已经确认了近4000颗系外行星,其中绝大部分是2009年发射、2018年退役的克卜勒太空望远镜以凌日法(transit)找到的。透过行星行经其母恒星前方的凌日过程时间长短以即因凌日造成母恒星亮度变暗的幅度,配合母恒星本身的特性,天文学家可以估算出这颗系外行星的大小和它到母恒星的轨道距离等讯息,在从此推测这颗行星的质量与组成成分等资讯。但如果只是简单的计算特定大小或轨道距离的系外行星数量并不是正确的作法,因为很可能会因此错失离母恒星比较远的小型行星。

为了改善这点,这些研究学者设计一套新的研究方式来模拟不同体积大小的系外行星以不同轨道距离通过各种恒星前方的状况,以此估计克卜勒太空望远镜能发现多少个行星,最后与现行由克卜勒太空望远镜观测确认、盖亚太空望远镜后续观测性质的系外行星表比对,最后得出每恒星可能会拥有多少行星的比例,以及行星大小和轨道会如何影响发现频率的结论,再借此估算先前其他研究没有包含进去的数种影响因子。

这项研究尤其对想在类太阳恒星周围寻找类地球行星上有无生物标记的研究者最重要,也影响着未来相关太空任务的设计概念。因为如果类地球行星稀少,那么距离最近的类地球行星其实也不会太近,那这个太空任务需求规模就会增加许多。相反地,如果类地球行星很常见,那么应该会有许多颗类地球行星是在太阳系不远处,此时不需花很大力气,就可以观测到这些类地球系外行星,甚至可以详细研究它们的大气层,从中寻找研究生物标记。

根据Hsu等人的模拟,大小在地球直径约0.75到1.5倍,轨道周期在237到500天的类地球行星,每6颗恒星就会有1颗这样与地球非常近似的类地球行星。他们也由此推论认为:未来的行星搜寻任务的成就,机率最低者可每观测33颗恒星就能找到1颗系外行星,比例接近于1/4,而估计机率最高者甚至是每2颗恒星中就能发现1颗系外行星。一旦知道特定大小和轨道周期的类地球行星的发现机率后,就可以据此设计型态,以期达到最大的成功率。

宾州大学投入系外行星搜寻研究的努力相当多,例如该校系外行星和适居世界研究中心目前正在研发的适居行星发现者号是专门在低温恒星周围搜寻低质量行星的仪器,近期已安装在美国德州麦克唐纳天文台霍比-埃伯利望远镜(Hobby-Eberly Telescope)上,并开始投入观测。另一项建造完成的光谱仪已开始测试,未来将投入发现和测量类太阳恒星周围低质量行星的巡天观测中。

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作者: thinkou

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