首次发现地球质量的混沌行星

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【大纪元2014年01月07日讯】(大纪元记者沙莉编译报导)一个国际天文学家小组发现了第一颗地球质量的行星KOI-314C在其主恒星前面凌日。按质量和体积计算它是最轻的行星。令人惊讶的是,虽然这颗行星的质量和地球一样大,它的直径却大出60%,也就是说,它有一个非常厚的大气。

哈佛大学史密森天体物理中心网站报导,哈佛史密森天体物理中心(CfA)的该行星主要发现人基平(David Kipping)于1月6日在美国天文学会第223次会议的新闻发布会上介绍了这一发现。

天文学家小组利用美国宇航局的开普勒飞船采集的数据研究这颗行星的特点。KOI-314C围绕一颗大约200光年远的昏暗红矮星运转,公转周期23天。该小组估计其温度为220华氏度(摄氏104度),太炎热而不能支持人类了解的生命。

KOI-314C的密度只比水大30%。这表明,该行星是由数百英里厚的氢和氦组成的大气包围。形成初期它可能类似于小型的海王星,随着时间的推移因受其恒星的强烈辐射,蒸发掉了它的一些大气。

基平说,“这颗行星可能具有与地球相同的质量,但它肯定不像地球,它没有地球之类岩石行星和水星球或气体行星之间存在的明显分界线”。

凌日时间变分法(TTV)

对这么小的行星计算质量是一个挑战。传统上,天文学家通过测量行星引力引起母星的微小抖动来测量系外行星的质量。这种径向速度法对测量具有地球质量的行星非常困难。上一次测量记录为测量Kepler-78b的质量,它比地球重70%。

要测量KOI-314C的质量,研究小组采用了称为凌日时间变分法(TTV)的技术。这种方法只适用于两颗行星围绕恒星运转的情形。两颗行星互相影响,稍微改变了凌日时间。

西南研究院第二作者David Nesvorny解释说,“不是找到一颗抖动的母星,而是找一颗抖动的兄弟行星。开普勒飞船发现两颗行星一遍又一遍在同一恒星前面凌日。通过非常仔细测量它们凌日发生的时间,我们能够发现这两颗行星被锁定在微小抖动构成的复杂舞蹈中,由此可测出它们的质量。”

系统中的第二个行星KOI-314B,大约与KOI-314C同样大小,但密度大得多,重约地球4倍。它环绕恒星的公转期是13天,这意味着它与外围星球有5:3的轨道共振率,即KOI-314B每绕母星公转5圈,KOI-314C则公转3圈。

TTV方法用于发现和研究太阳系外行星时间不长,首次成功是在2010年。此次的测量显示了TTV的用途,特别是当涉及到难以用传统技术来研究的低质量行星时。

基平说,“我们正在促进凌日时间变分法技术的成熟。”

该行星是研究小组的偶然发现,他们研究开普勒的数据不是为寻找系外行星,而是寻找系外卫星(exomoon)。系外卫星泛指在系外行星周围依照闭合轨道做周期性运行的卫星,虽然目前人类尚未发现任何系外卫星,但是理论上应该有许多卫星运行在系外行星周围。基平与其他天文学家认为开普勒太空望远镜可以侦测到位于适居带的系外卫星。

基平说,“当我们发现这颗行星显示出凌日时间变化,显然是由于系统中有其他行星存在,而不是有卫星存在,起初我们很失望。但后来我们很快就意识到这是一次非凡的测量”。

这项研究是由美国航空航天局和国家科学基金会资助。一篇论文详细介绍了调查结果,已提交给天体物理学杂志。作者是基平(CFA)、Nesvorny(西南研究院)、Buchhave(玻尔研究所)等人。

哈佛-史密森天体物理中心(CfA)是由史密森天体物理天文台和哈佛大学天文台之间的联合机构。CfA的科学家们被分成6个研究小组,研究宇宙的的起源、演化和最终命运。

(责任编辑:毕儒宗)

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