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BG真人 韦布发布首张系新手星相片 找到另一颗地球的但愿更大了!(上)

时间:2022-09-17 11:16 点击:57 次

2022年9月2日凌晨,韦布空间千里镜(James Webb Space Telescope,以下简称“韦布”)拍摄的第一张系新手星图像被公布,如下图。这颗系新手星的编号为“HIP 65426 b”,它围绕一颗编号为“HIP 65426”的恒星公转。

上图中的大图走漏了被拍摄的行星所围绕的恒星场所的位置。4张小图分辨是韦布的近红皮毛机(NIRCam)与中红外蛊惑(MIRI)拍摄的HIP 65426 b的4个波段的图像。

有些读者可能会说:“咦,本年7月份被公布的韦布的第一批图片里不是有系新手星的图片吗?”没错。但那两张系新手星的图片并不是“图像”,而分辨是“光变弧线”与“光谱”。况兼,它们都是恒星在受行星影响之后显泄露的光变弧线与光谱,而不是行星本人的。

此外,哪怕获胜测量了行星本人,测量光变弧线仅仅特殊于测量了一个人的手腕体温跟着时辰的变化,测量光谱也仅仅特殊于测量了它某一时刻全身不同部位的体温,但却莫得给这个人拍摄证件照。

此次,韦布拍摄的正是一颗系新手星的“证件照”。这是韦布初次拍摄系新手星的图像。天然它并不是人类取得的第一批系新手星的图像,但却是人类取得的系新手星在逾越5微米的波长上的第一批的图像。

一、系新手星“动物园”

咱们太阳系内的八大行星便是“太阳系各人星”,咱们不错将它们简称为“系各人星”,但咱们一般获胜称呼它们为“行星”。在太阳系外的行星天然便是“系新手星”。咱们将系新手星围绕的恒星称为它们的“母恒星”。

系新手星一般以如下面容定名:要是母恒星惟有1颗行星,就在母恒星的编号后头获胜加b;要是有2颗或更多颗行星,就陆续使用c、d、e……

此次韦布拍摄的系新手星,母恒星为HIP 65426,因此其编号为“HIP 65426b”;此前韦布探伤过的那颗系新手星的母恒星为WASP-96,因此它的编号为“WASP-96b”。

从1992年人类阐明第一颗系新手星,到2022年9月6日,人类共阐明至少5471颗系新手星,它们处于至少3811个类似于太阳系的系统中,其中领有不少于2颗行星的系统至少有833个。[注1]

咱们清亮,太阳系内天然惟有八大行星,但却不错被分为三类:水星、金星、地球与火星属于岩石行星,木星与土星属于气态巨行星,天王星与海王星属于冰巨行星。

系新手星的类型比太阳系内的行星更万般化。有的系新手星像地球BG真人,但质料却比地球大好几倍,因此属于“超等地球”;有的系新手星像木星,但因为距离母恒星太近,温度比木星高得多,因此属于“热木星”。它们的质料漫衍也很广,有的质料比木星大得多,因此属于“超等木星”,有的质料仅仅月球质料的2倍。

天然从科研的角度来看,每一种系新手星都有其私有的价值。但在这个丰富的系新手星“动物园”中,人类最感兴趣的如故那些温度顺应、名义不错产生液态水,且大小类似于地球的“宜居行星”。

二、奈何发现系新手星?

发现系新手星的难度相称大,因为恒星本人的亮度经常远超其行星的亮度。要想获胜看到系新手星,难度特殊于在几千千米除外看篝火旁边的萤火虫。

可是,跟着科技的发展,人类在1992岁首次发现了系新手星。它们是两颗围绕中子星公转的行星,发现者是沃尔兹森(Aleksander Wolszczan,1946-)与弗雷尔(Dale Frail,1961-)。

1995年,人类初次发现围绕主序星公转的系新手星,发现者麦耶(Michel Mayor,1942-)和奎洛兹(Didier Queloz,1966-)取得了2019年的诺贝尔物理学奖。主序星指的是里面只发生氢聚变的恒星,咱们的太阳便是一颗主序星。

到目下为止,天体裁家仍是发展出多种发现系新手星的迤逦或获胜的活动,最主要的有以下4种:凌星法、径向速率法、微引力透镜法与获胜成像法。用这4种活动发现的系新手星约占总额的97.88%。

1.凌星法

凌星法的道理和水星或金星凌日郁勃类似。咱们清亮,水星或金星凌日是因为它们在某段时辰内与太阳、地球成一线,从而挡住了太阳的少部分光。要是系新手星挡住母恒星发出的一部分光,就会产生“凌星”郁勃。关于这么的系统,由于行星周期性地围绕母恒星公转,母恒星的亮度会周期性地裁汰、收复、再裁汰、再收复,日中必移。

凌星导致的恒星亮度的裁汰比例相称小,因此对仪器的测量精度有相称高的条件。使用这种活动发现系新手星的代表是“开普勒天外千里镜”(Kepler space telescope,以下简称“开普勒”)与其继任者“凌星系新手星巡天卫星”(Transiting Exoplanets Survey Satellite,TESS)。它们都具有相称广的视线,不错同期监测海量恒星的亮度变化,从而高戒指地筛选出亮度发生周期性变化的恒星。天体裁家证据数据来判断这么的变化是否由系新手星的凌星引起。

凌星法的优点是具有可类似性,因此不错被反复考试。于今为止,天体裁家用凌星法发现了至少3925颗系新手星,约占总额的71.74%。这些被凌星法阐明的系新手星中,从“开普勒”探伤到的数据中阐明出来的有2700多颗。

凌星法还繁衍出凌星计时法。它的道理是:行星凌星的周期固定而精准。要是某颗恒星被凌星的周期不精准,就可能是另外一颗行星侵略了它的轨道,据此不错判断出后者的存在。用这个活动,天体裁家发现了23颗系新手星。

2.径向速率法

径向速率法证据恒星的光谱的变化来笃定恒星的理会速率,从而判断出这颗恒星是否领有系新手星。科学家用仪器将物体(包括恒星)发出的光剖判成笼统的彩虹带,这便是光谱。

径向速率法的道理是:当恒星朝着地球理会时,它发出的光的波长会变短(蓝移);当恒星隔离地球理会时,它发出的光的波长会变长(红移)。

要是恒星具有一颗系新手星,它就会被行星的引力拽动,与后者绕着共同的“质心”公转(如下图左),时而隔离咱们,时而围聚咱们,它的速率会出现周期性变化(如下图右上),从而导致其光谱时而红移,时而蓝移(如下图右下),日中必移。

证据这个道理,天体裁家测量出光谱红移与蓝移的进程,策画出恒星的理会速率,从而策画出行星的质料。由于恒星一般并不获胜朝着地球的标的理会,其速率不错被剖判为两个标的的重量:朝向地球的速率(“径向速率”)与垂直于径向速率标的的速率。

惟有径向速率是不错测量的(这亦然径向速率法这个称呼的由来),且测量值老是小于真确的速率,是以证据这个活动策画出来的系新手星的质料仅仅一个下限值。

使用径向速率法探伤系新手星的代表仪器之一是“高精度径向速率行星搜索器”(High Accuracy Radial velocity Planet Searcher,HARPS),它被装配在欧洲南边天文台(ESO)的口径为3.6米的千里镜上头(千里镜的口径指的是其采光镜面的直径)。

于今为止,天体裁家用径向速率法发现了1005颗系新手星,约占总额的18.37%。极端值得一提的是,天体裁家使用这个活动,于2016年阐明离太阳系最近恒星——比邻星,领有系新手星,即“比邻星b”(Proxima b),它的质料下限略大于咱们的地球。

3.微引力透镜法

证据广义相对论,有质料的物体会盘曲周围的时空,光经过它们近邻时,将走弧线。要是光源与地球之间存在一个质料较大的天体,且三者果真成一直线,那么后者就会像透镜相似放大光源的亮度(弱引力透镜),甚而产生双重像或多重像(强引力透镜)。充任透镜的天体便是引力透镜。

算作弱引力透镜的天体在漂移的进程中,配景天体的亮度的放大比例会先变大、后变小,最接近三点一线或三点一线时,放大的比例最高。因此,漂移的弱引力透镜会使配景光源的亮度发生变化,使其亮度先变亮、再变暗。

漂移的恒星不错成为这么的弱引力透镜。要是恒星还带着一个行星,在恒星漂移的进程中,行星也对引力透镜效应做出独特孝敬,导致正本光滑变化的光变弧线片刻增多了一个相称窄的尖峰,这便是行星的微引力透镜效应。这么的尖峰是系新手星可能存在的信号。

于今为止,天体裁家用微引力透镜法发现了212颗系新手星,占总额的3.87%。微引力透镜法的污点是无法类似,因为恒星飘走后就不再回头,但它的优点是信号了了。

使用微引力透镜法寻找系新手星的代表仪器是“光学引力透镜实验”(OGLE)与“韩国微引力透镜千里镜网”(KMTNet)。前者先是由一台口径为1米的千里镜扩充,然后由一台口径为1.3米的千里镜扩充;后者由3台口径为1.6米的千里镜扩充。

4.获胜成像法

凌星法、径向速率法与微引力透镜法都是迤逦笃定系新手星的活动。它们并不是百分百准确,未必候会有假信号。为了排斥假信号,关于一部分系新手星的候选体,天体裁家会尽量同期用其他活动交叉考试。

可是,即使人们用以上3种活动十足阐明了系新手星的存在并揣摸出它们的一些基人性质,也依然无法看到这些系新手星。获胜成像法不错弥补“无法看到系新手星”的缺憾。

要是母恒星的亮度与行星的亮度的比值不瑕瑜常大,且二者距离满盈远,天体裁家不错获胜把两者都拍摄进去,如低亮度的褐矮星2M1207与围绕它启动的行星2M1207b。

可是,由于遴荐效应,人类更容易看到亮堂的恒星,它们的亮度大大高于绕着它们转的行星。因此,天体裁家必须用一种名为“星冕仪”的蛊惑挡住恒星发出的光,从而拍摄到恒星近邻行星的图像。

星冕仪的手艺源自日冕仪,后者用来掩盖太阳名义发出的光,从而不错让天体裁家旁观日冕。日冕是太阳外层的大气,因为其体式像帽子(“冕”)而得名。天然日冕仪与星冕仪的假想主义不同,但它们实践上都是守密恒星的光,让天体裁家不错拍摄到恒星周围的物资或物体。

韦布上头的NIRCam和MIRI都装配了星冕仪,因此都不错掩盖恒星发出的强光,从而获胜拍摄旁边的行星。但韦布并不是第一个配备星冕仪的千里镜。

此前大地上的一些千里镜仍是或也曾配备星冕仪,并用获胜成像法拍摄系新手星,如口径为5.08米的海耳(Hale)千里镜、口径为10米的凯克(Keck)千里镜、口径为8.2米的甚大千里镜(VLT),口径为8.4米的大双筒千里镜(LBT),等等。它们都是此前使用获胜成像法的千里镜的代表。在韦布拍摄了这批相片后,它也成为此类千里镜的代表之一。

此次韦布拍摄的系新手星HIP 65426 b便是VLT-3(“Melipal”,意为“南十字”)上头的“光谱偏振高对比度系新手星接头”(Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research,SPHERE)名堂的蛊惑于2017年7月6日发现的(如下图),它亦然SPHERE名堂发现的第一颗系新手星。

于今为止,天体裁家用获胜成像法发现了213颗系新手星,占总额的3.89%。

彩蛋:问答时辰

问题1:人类于1992岁首次发现的两颗系新手星是用文中先容的哪一种活动发现的?

答:不是这4种中的任何一种。它们是被“脉冲星计时”的活动阐明的。这个活动的道理是:脉冲星的发射会如期扫过地球,周期相称精准。要是某颗脉冲星的发射扫过的周期发生变化,就可能是因为它受到绕它公转的行星的引力影响,据此不错判断出行星的存在。这个活动于今只发现了7颗系新手星,是以正文中莫得单独先容。

问题2:除了最主流的4种活动除外,还有哪些寻找系新手星的道理活动?

答:其他道理的活动主要有:(1)变星计时法。变星的周期是固定的,要是某颗变星的周期不固定,那就可能是围绕它的行星的引力侵略了它。(2)天体测量法。恒星被行星引力轻细拽动,会使其位置发生周期性的变化,证据这种变化,不错判断出系新手星存在。由于这种位置变化很难测出,这种活动于今最多阐明了1颗系新手星。(3)椭球法。行星对恒星的引力导致恒星变形,使地球上测量出的恒星亮度随时辰变化。还有一些活动(如偏振法、行星盘活动,等)比拟抽象且不那么“道理”,此处就不先容了。

出品:科普中国

作家:王善钦

监制:中国科普博览

[注1]不同的起首统计的数量互相间有互异,证据任何一个单一起首得到的数字都不够可靠。此处会聚http://exoplanet.eu/catalog/与https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/counts_detail.html的统计数量并研究二者在凌星法方面的统计互异,得到5471这个下限值。

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