作者:Phil Plait
艾麦乐/编译
Steed/编辑
发现了什么?
NASA又搞了个大新闻:天文学家发现了7颗行星,绕着离我们不远的一颗恒星旋转!
还不只是如此,所有这些行星的个头都跟地球差不多,其中几颗到它们的“太阳”距离刚好,可能拥有适宜的表面温度。
这颗恒星被称为2MASS J23062928-0502285,这个名字来自于2MASS巡天项目,后面那串数字标明了它在天空中的坐标。不过现在,所有人都称它为TRAPPIST-1,因为这些行星是用TRAPPIST望远镜发现的。TRAPPIST-1是这台望远镜发现的第一颗拥有行星的恒星。
怎么发现的?
7颗行星中,有3颗行星是在2016年就被宣布发现的。天文学家用来找到它们的方法是凌星法,这是目前最成功的一种搜寻太阳系外行星的方法。理论上很简单:如果一颗行星绕着一颗恒星旋转,而我们又刚好处在它公转轨道的侧面,那么每一次这颗行星运行到那颗恒星和我们之间的时候,它都会遮挡掉一点点星光。如果仔细测量我们看到的这颗恒星的星光,就会发现它变暗了一点。这一现象称为凌星。
实际上,可就没这么容易了!恒星太大,行星太小,所以凌星时行星遮掉的星光最多也只有1%。这意味着,必须要对星光进行非常细致地测量才行。此外,还有太多的东西可以来冒充行星,比如恒星上的黑子、背景恒星的亮度变化、恒星本身的爆发活动等等。
当行星从恒星前方经过,也就是发生凌星时,它会遮挡一部分星光,使得我们看到的恒星出现亮度下降的现象。正是通过这种现象,天文学家在TRAPPIST-1周围发现了7颗大小类似于地球的行星。图片来源:NASATRAPPIST-1是一颗个头很小、温度较低的恒星——这类恒星被称为M8型红矮星。它的质量只有太阳的8%,半径是太阳的10%(只比木星大了一点点),亮度微弱到只有太阳的1/2000。对于搜寻行星的天文学家来说,这些信息可谓好坏参半。这颗恒星相对黯淡,所以很难测量它星光之中的细微变化。所幸,它离我们不远,只有不到40光年,所以尽管本身很暗,我们仍然可以把它看个清楚。
而在好的方面,个头较小意味着同样大小的行星可以遮挡更多这颗恒星的星光。举例来说,如果一颗地球大小的行星去凌一颗太阳大小的恒星,只能遮挡掉大约0.1%的星光。然而,同一颗行星去凌只有木星大小的TRAPPIST-1,就能遮挡掉大约1%的星光。这使得凌星时的星光变暗现象更容易检测出来。
TRAPPIST-1是一颗红矮星,质量只是太阳的8%,大小为1/10,亮度只有太阳的1/2000。图片来源:ESO接下来,事情就变得很有意思了。如果你知道恒星的大小,又测出了凌星时有多少星光被行星遮挡,你就能够算出那颗行星有多大——因为星光变暗的幅度取决于恒星和行星的相对面积。如果行星半径是恒星的1/10,它就会遮挡1/100的星光。如果半径是1/2,则会遮挡1/4的星光。以此类推。
2016年率先发现的那3颗行星,根据凌星时遮挡的星光来判断,它们的大小与地球类似。不过天文学家发现,它们凌星的时刻一直在发生细微变化,这让人非常兴奋:这意味着,这个行星系统中可能拥有更多行星,后者的引力拉扯着那3颗已知的行星,轻微地改变着它们的轨道周期。
抓住这条线索,天文学家顺藤摸瓜,找到了另外4颗行星,一共多达7颗!这些行星按照被发现的先后次序,被命名为TRAPPIST-1b,c,d,e,f,g和h。巧合的是,这刚好也是它们由近及远到恒星距离的次序。它们的个头都跟地球相似,有些比地球略小,有些则略大。
艺术家笔下的TRAPPIST-1行星系统。尽管有些行星被描绘得好像地球一样,但对于这些行星,我们确切知道的只有它们的大小和轨道周期。至于是否有水存在,是否适宜生命,目前我们还一无所知。图片来源:NASA/R. Hurt/T. Pyle那里什么样?
天文学家还从凌星中得出了更多信息。行星凌星现象持续的时间长短,与它环绕恒星的公转速度有关,因而也就跟它到恒星的距离有关。(行星离恒星越远,公转速度就越慢,凌星持续的时间也就越长。)
根据观测数据,所有7颗行星绕这颗恒星的公转轨道,都比水星绕太阳的轨道要近得多得多。最内侧的那颗行星,1b,轨道周期只有1.5个地球日!也就是说,它每36个小时就绕那颗恒星公转一圈。就算是最外侧的那颗行星,1h,周期也只有14-25天,用不了一个月就能绕恒星转完一圈。
TRAPPIST-1周围7颗行星的轨道,与太阳系里木星的4颗伽利略卫星以及内太阳系行星轨道的对比。所有7颗行星绕这颗恒星的公转轨道,都比水星绕太阳的轨道要近得多得多。图片来源:ESO/O. Furtak看到这里,你大概会认为,这些行星该被烤焦了。不过别忘了,TRAPPIST-1是一颗小恒星,表面温度只有2300℃。尽管那些行星扎堆围聚在它身边,但正因为这颗恒星“阳光”微弱,那些行星接受到的热量实际上还不错。这些行星表面上的实际温度,目前还不可能得知,但使用计算机模型,再对这些行星的成分、大小、大气等数据加以猜测,我们能够估算它们的表面温度。不同的模型会得出不同的结果,但至少其中3颗行星似乎处在到恒星合适的距离上,表面温度或许可以让水以液态形式存在。
7颗行星中至少有3颗,位于这颗恒星的宜居带内,表面温度或许有可能适宜液态水存在。图片来源:NASA/R. Hurt/T. Pyle所以我们能搬家了?
说到这里,我必须要非常谨慎才行:这些行星的质量,我们只是估算的,并不直接测量出来的。这些行星彼此之间通过引力相互拉扯,因此每颗行星凌星的确切时刻都在发生变化。它们的质量就是根据这些变化推测出来的。所以,我们并不是非常确切地知道它们的真实质量,更不清楚它们是否拥有大气,到底由什么物质构成。我们确切了解的,只有它们的大小和轨道周期。其他所有信息,都是据此推测出来的。
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