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距離我們僅35光年,它的性質如何?

每次看到這四個字,大家都很興奮,這意味著科學家似乎找到了第二顆地球。實際上,超級地球並不一定那麼接近地球,但是在已知的系外行星中,的確具有較高的宜居機率。

長期以來,科學家們一直在尋找著系外行星,不過可能宜居的卻寥寥可數。最近,歐洲的科學家們發現了一個系統,讓我們非常興奮。

距離我們僅35光年,它的性質如何?

(圖片說明:系外行星假想圖)

在距離我們35光年的位置上,有一顆紅矮星,科學家將其命名為L 98-59。這顆比太陽小得多的恆星,竟然擁有至少4顆恆星,甚至可能還額外有一顆超級地球!

那麼,科學家是如何發現這些行星的呢?

由於距離遙遠,我們很難直接觀測其他的恆星周圍是否存在系外行星,而是隻能透過一些間接的方法,比如凌日法。

所謂的凌日法,指的是系外行星執行到宿主恆星和地球之間時,我們就會看到宿主恆星的亮度有輕微的減弱。這種變化幅度很小,但透過人類的靈敏裝置還是可以觀測到的。如果這種變化呈很明顯的規律性,那就證明是來自於穩定的系外行星公轉時的遮擋,從而證明系外行星的存在。

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(圖片說明:開普勒望遠鏡)

凌日法是最常用也最有效的尋找系外行星的手段,最著名的系外行星“獵手”開普勒太空望遠鏡、TESS等都是利用這個方法尋找系外行星的。

另一方面,徑向速度法也是目前比較常用的尋找系外行星的方法,其原理就是多普勒效應。雖然質量比恆星小得多,但一顆行星在執行過程中,也會對恆星產生引力作用,拉扯恆星前後左右擺動。

在恆星擺動的過程中,它的光譜會發生多普勒效應,也就是細微的紅移或藍移,而且,這種變化是呈規律性的。所以,當我們發現一顆恆星有這樣的表現時,就可以推測它周圍存在系外行星了。

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(圖片說明:系外行星中有許多比木星大得多的)

不論是哪一種方法,都對系外行星有一定的要求,其中之一就是要足夠大。體積大的行星能夠產生更明顯的遮擋效果、質量大的行星才能將恆星拖動得更遠更明顯。所以,目前科學家發現的系外行星普遍都比較大,有的甚至比木星重10倍以上。

同時,這兩種方法也不是各自獨立的,而是可以相互配合的。透過兩種不同的方法共同觀測,可以瞭解更多關於系外行星的資訊。

這次發現的超級地球,就是一個最好的例子。

這個系統是在2019年被發現的,當時科學家們利用TESS(全稱凌日外行星勘測衛星)發現了它的3顆行星。接下來,就要計算這些系外行星的一些基本屬性了。畢竟,想要確定它們是超級地球,至少要知道它是不是岩石行星。

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(圖片說明:TESS衛星)

葡萄牙波爾圖大學的天文學家Olivier Demangeon指出:“想要知道一顆行星的構成,我們最起碼要知道它的質量和半徑。”

從恆星亮度減弱的程度,科學家們可以粗略地推測行星的體積大小。另外,根據亮度的變化週期,我們也可以知道這些行星的公轉週期。

接下來的資料,就要依賴於徑向速度法了。Demangeon和他的同事們利用歐洲南方天文臺位於智利的甚大望遠鏡,對這個系統進行了徑向速度法的觀測。透過恆星的多普勒效應,科學家們可以推測出行星的質量大小,有了質量的資料和上面計算的體積大小,就可以進而計算出行星的密度,這就可以幫助科學家確定它們到底是氣體行星還是岩石行星。

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(圖片說明:L 98-59三顆行星的模擬圖)

結果表明,這三顆行星都可能是岩石行星。

最內側的L 98-59 b非常有可能是一顆岩石行星,它的質量僅有金星(金星質量略小於地球)的一半,至少在太陽系內,這麼小質量的天體都是岩石結構的。這令人非常興奮,因為科學家此前很少發現如此小的系外行星。

第二顆行星相對大一些,質量是地球的1。4倍,科學家認為也有可能是岩石行星。

第三顆的質量是地球的2倍,半徑是地球的1。5倍,這意味著它的密度雖然比水大,但比地球要小得多。研究人員推測,這或許意味著它擁有著大量的水資源,甚至佔到了行星總質量的30%,才讓它的密度比地球小這麼多。

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(圖片說明:L 98-59系統藝術圖)

這還不算完。在利用徑向速度法進行觀測的時候,Demangeon等人還有新的發現,那就是另外兩個週期性的訊號,這和已知的三顆系外行星並不匹配。也就是說,這顆恆星周圍還有2顆此前不知道的系外行星。只不過,這2顆行星的軌道不會途經宿主恆星和地球之間,所以無法透過凌日法來發現。

觀測結果表明,新發現的行星中第一顆有地球質量的3倍,公轉週期為12。8天。而真正引起他們興趣的,是第二顆。

第二顆行星的存在,暫時還沒有完全確定,但它已經足夠令人矚目。根據目前的推測,它的公轉週期為23天,這意味著它離宿主恆星非常近。不過,考慮到L 98-59本身的溫度要比太陽低得多,所以這顆行星所處的位置,恰好在宜居帶上,也就是說,它的表面溫度既不過高,也不過低,很可能恰好處於一個合適的條件下。

距離我們僅35光年,它的性質如何?

(圖片說明:L 98-59五顆行星的軌道與太陽系行星的對比)

另外,它的質量大約是地球的2。46倍。雖然比地球大一些,但看起來應該也是岩石行星。

遺憾的是,它無法執行到宿主恆星和地球之間,所以我們無法用凌日法對它進行研究。這會讓我們少獲得很多資訊,比如它的體積,這就讓我們無法完全確定它是不是岩石行星。另外,科學家通常會利用恆星穿過行星大氣層並傳到地球的光來判斷系外行星是否擁有大氣層,因此,這顆行星的大氣也是一個謎。

至少從目前來看,科學家們找不到一個方法來判斷它到底有沒有大氣層,也更無從談及可能存在的大氣層中的化學成分。在找到新的研究手段之前,我們恐怕很難再獲得關於它的更多資訊了。

即便如此,L 98-59系統還是很值得研究的。作為一個擁有5顆系外行星的系統,這顆紅矮星在人類已知的恆星之中也算是佼佼者了。至少此前發現的三顆系外行星,也還是頗有研究價值的。

所以,這個系統仍然會成為科學家們關注的焦點。沒準哪一天,另外的幾顆行星就會給我們一個驚喜。