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首次發現地球質量的混沌行星

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【大紀元2014年01月07日訊】(大紀元記者沙莉編譯報導)一個國際天文學家小組發現了第一顆地球質量的行星KOI-314C在其主恆星前面凌日。按質量和體積計算它是最輕的行星。令人驚訝的是,雖然這顆行星的質量和地球一樣大,它的直徑卻大出60%,也就是說,它有一個非常厚的大氣。

哈佛大學史密森天體物理中心網站報導,哈佛史密森天體物理中心(CfA)的該行星主要發現人基平(David Kipping)於1月6日在美國天文學會第223次會議的新聞發佈會上介紹了這一發現。

天文學家小組利用美國宇航局的開普勒飛船採集的數據研究這顆行星的特點。KOI-314C圍繞一顆大約200光年遠的昏暗紅矮星運轉,公轉週期23天。該小組估計其溫度為220華氏度(攝氏104度),太炎熱而不能支持人類瞭解的生命。

KOI-314C的密度只比水大30%。這表明,該行星是由數百英里厚的氫和氦組成的大氣包圍。形成初期它可能類似於小型的海王星,隨著時間的推移因受其恆星的強烈輻射,蒸發掉了它的一些大氣。

基平說,「這顆行星可能具有與地球相同的質量,但它肯定不像地球,它沒有地球之類岩石行星和水星球或氣體行星之間存在的明顯分界線」。

凌日時間變分法(TTV)

對這麼小的行星計算質量是一個挑戰。傳統上,天文學家通過測量行星引力引起母星的微小抖動來測量系外行星的質量。這種徑向速度法對測量具有地球質量的行星非常困難。上一次測量記錄為測量Kepler-78b的質量,它比地球重70%。

要測量KOI-314C的質量,研究小組採用了稱為凌日時間變分法(TTV)的技術。這種方法只適用於兩顆行星圍繞恆星運轉的情形。兩顆行星互相影響,稍微改變了凌日時間。

西南研究院第二作者David Nesvorny解釋說,「不是找到一顆抖動的母星,而是找一顆抖動的兄弟行星。開普勒飛船發現兩顆行星一遍又一遍在同一恆星前面凌日。通過非常仔細測量它們凌日發生的時間,我們能夠發現這兩顆行星被鎖定在微小抖動構成的複雜舞蹈中,由此可測出它們的質量。」

系統中的第二個行星KOI-314B,大約與KOI-314C同樣大小,但密度大得多,重約地球4倍。它環繞恆星的公轉期是13天,這意味著它與外圍星球有5:3的軌道共振率,即KOI-314B每繞母星公轉5圈,KOI-314C則公轉3圈。

TTV方法用於發現和研究太陽系外行星時間不長,首次成功是在2010年。此次的測量顯示了TTV的用途,特別是當涉及到難以用傳統技術來研究的低質量行星時。

基平說,「我們正在促進凌日時間變分法技術的成熟。」

該行星是研究小組的偶然發現,他們研究開普勒的數據不是為尋找系外行星,而是尋找系外衛星(exomoon)。系外衛星泛指在系外行星周圍依照閉合軌道做週期性運行的衛星,雖然目前人類尚未發現任何系外衛星,但是理論上應該有許多衛星運行在系外行星周圍。基平與其他天文學家認為開普勒太空望遠鏡可以偵測到位於適居帶的系外衛星。

基平說,「當我們發現這顆行星顯示出凌日時間變化,顯然是由於系統中有其他行星存在,而不是有衛星存在,起初我們很失望。但後來我們很快就意識到這是一次非凡的測量」。

這項研究是由美國航空航天局和國家科學基金會資助。一篇論文詳細介紹了調查結果,已提交給天體物理學雜誌。作者是基平(CFA)、Nesvorny(西南研究院)、Buchhave(玻爾研究所)等人。

哈佛-史密森天體物理中心(CfA)是由史密森天體物理天文臺和哈佛大學天文臺之間的聯合機構。CfA的科學家們被分成6個研究小組,研究宇宙的的起源、演化和最終命運。

(責任編輯:畢儒宗)

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2014-01-07 5:22 PM
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