超级地球的神秘面纱,很快将被揭开,值得期待

探索矮星旁的“超级地球”

天文学家在邻近的一个恒星周围发现了一颗超级“地球”,它为我们提供了机会去观测其大气的组成。这是一件令人惊奇的重要发现。

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图解:一颗巨行星正围绕着一颗红矮星公转。图源: ESO

这颗恒星名为格利泽486 (Gliese 486),是一颗黯淡的红矮星,质量较小,距离地球27光年。从星系尺度上来说这个距离对于我们已经十分接近了,因为仅有200颗恒星在此距离范围内。格利泽486大约是太阳质量和直径的三分之一,明亮程度仅为太阳的百分之一。即使它是距离我们最近的恒星之一,但它的黯淡使我们仍然需要借助望远镜才能一睹它的真容。

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天文学家从2016起对其进行了为期五年的观测,使用的是Calar Alto 高分辨率搜索 M 型主序星与近红外和光学阶梯光谱仪 (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exo-earths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs,CARMENES) 这是一个观测附近红矮星(也被天文学家称为M型主序星)的项目,同时也用于观测围绕此类天体公转的、地球大小的行星。

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图解:两个不同质量的物体绕对方运行时,大质量物质的轨道为一个较小的圆周,而小质量物质的轨道为一个较大的圆周。图源:NASA/Spaceplace

如果一颗恒星有一颗行星围绕其公转,它们会同时绕两者质心运转。当其轨道为一个圆周时,一半的时间里它朝向地球运动,而另一半时间则远离地球运动,所以我们看到它所发出的光具有周期性的多普勒频移。由于红矮星的质量较小,所以行星的引力会产生更大的作用,导致它们的这一现象更为显著。

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天文学家发现这一恒星会以1.467天经历一次周期频移,这揭示出它的行星在近轨运行。他们还发现这颗行星质量是地球质量的2.8倍,且绕恒星的轨道半径仅为260万千米。这样近的距离只是月地距离的六倍而已!

让人感到兴奋的是,这颗行星也“穿过”红矮星,每运行一周都会在它的前方直接经过一次,挡住了红矮星的部分光芒,这让我们测算出了它的大小,大约为地球直径的1.3倍。

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得到这颗行星的体积与质量之后,我们就能得到最为重要的密度,约为7克每立方厘米。这非常重要因为密度告诉了我们行星的大致组成。一个气态巨行星,如木星,密度约为1克每立方厘米。一颗海洋行星(估计了其含有的岩石核或金属核)密度大约为2至3克每立方厘米。地球大多数为岩石与金属,密度约为5.5克每立方厘米。所以这颗被命名为格利泽486b (Gliese 486b) 的行星,略比地球致密一些。

那些大致为两倍地球体积的行星被称为“超级地球”,而这颗格利泽481b正好处在这一类别之中。

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图解:质量-半径图显示已知在0.5倍到2倍地球大小的行星质量分布。密度更大的行星分布在靠近图的底端。(红线显示铁核行星,蓝线显示海洋行星)格利泽486b处在与金星和地球同一根线上,反映出它们有着相似的组成。图源: Science

即使这样,它也并不是一颗类地行星。这颗中心红矮星相比于太阳可能较为黯淡,温度也更低,但是260万千米的距离使绕它公转的格利泽486b上的人感觉自己的脑袋被塞进了烤炉,或是窑炉:星球上的表面温度高达430摄氏度(800华氏度),与金星上的温度大致相同。这个温度不足以使它拥有一个足以熔化金属的表面,但也不是一个你可以随意漫步的地方。

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同时也有好消息传来:我们目前还没有完全了解这颗“超级地球”的大气,但是它为我们提供了机会去弄清真相。当它发生“凌日”现象时,部分光线会在到底地球的路上穿越行星大气层。大气中的分子和原子吸收特定波长的光线(特定色光),这使我们能够识别出它。另外,这颗星球足够炽热以至于其中的一些分子会发光,释放特定波长的光波。

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图解:炙热的超级地球的地表. 图源:MPIA

这些发出的光大多数处在红外波段,这对我们目前所做的观测造成了一些困难。然而,计划在2021年末发射升空的詹姆斯韦伯空间望远镜(the James Webb Space Telescope, JWST*)恰好能够解决这样的观测难题。这颗红矮星相对来说更加明亮,因此我们可能很快就能对“超级地球”的大气层进行细致的观察。希望今后想这样的行星会称为JWST观测的首要目标。

这篇论文中有一个我们以前从未见过的统计数据。在距离太阳10秒差距(32.6光年)的范围内有357颗主序星,它们的核心将氢融合成氦,就如同我们太阳。(该数字截至 2018 年是准确的,但不太可能发生太大变化)。它们其中283颗为M型红矮星,这占到了总体的80%!在这些恒星中我们已知40个系统,包含了80颗恒星。(许多恒星有多于一个已知行星围绕其运行)

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在这80颗恒星里,有50颗行星绕30颗红矮星公转。换句话说,环顾地球周围,有许多行星围绕红矮星运行,当然也有许多红矮星吸引着多颗行星。这可能就是我们星系中的普遍现象。

很明显,如果你想寻找大量的行星,红矮星是一个不错的选择。这一新的探索揭示了这一点,并且告诉了我们仍然有更多围绕在红矮星周围的星球我们可以去发掘。

BY: syfy

FY: CybertronYhs

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投稿时间:2022-02-15  最后更新:2022-05-28

标签:地球   公转   圆周   天文学家   恒星   行星   面纱   密度   距离   神秘   太阳   质量

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