太陽系外行星探索.ppt

1、蒙張 迄今為止 太陽系外行星探測歷史 太陽系外行星探測手段 太陽系外最小行星探索腳步 1988年 加拿大天文學(xué)家布魯 斯坎貝爾（bruce campbell）等人利用視 向速度法發(fā)現(xiàn)圍繞仙王 座 （少衛(wèi)增八）的行 星 1993年 波蘭天文學(xué)家阿萊克桑德沃 爾茲森（aleksander wolszczan）及戴爾弗雷 （dale frail）宣布發(fā)現(xiàn)一個 圍繞psr 1257+12的脈沖星 行星，這是首次對系外行星 的確認(rèn)。 1995年 10月6日，日內(nèi)瓦大學(xué) （university of geneva）的 米歇爾麥耶（michel mayor） 及戴狄爾魁若茲（didier queloz）宣布

2、首次發(fā)現(xiàn)一顆 普通主序星（飛馬座51）的 行星，這發(fā)現(xiàn)開展了當(dāng)代的 系外行星發(fā)現(xiàn)。 2005年 4月4日由德國耶拿大學(xué)的 科學(xué)家公布的恒星gq lupi a及其伴星gq lupi b的照 片。這是第一張?zhí)栂低?行星的照片。 天體測量法 精確地測量恒星在天空的位置及觀察那個 位置如何隨著時間變動。 視向速度法 視向速度法同樣利用了恒星在行星重力作 用下在一條微小圓形軌道上移動這個事實， 但是目標(biāo)是測量恒星向著地球或離開地球 的運動速度。根據(jù)多普勒效應(yīng)，恒星的視 向速度可以從恒星光譜線的移動推導(dǎo)出來。 目前為止發(fā)現(xiàn)最多系外行星的方法 脈沖星計時法 脈沖星亦會受其行星影響而運動，故此計 算其脈沖變

3、動便可估計其行星的性質(zhì)。 凌日法 凌日法可估計行星直徑。當(dāng)行星行經(jīng)其母 星和地球之間（即凌），則從地球可視的 母星光度便會輕微下降。光度下降的程度 和母星及行星的大小相關(guān)。 重力微透鏡法 是星體引力場導(dǎo)致遠(yuǎn)處另一星體的光線路 徑改變而造成類似透鏡的放大效應(yīng)，這現(xiàn) 象只會當(dāng)兩個星體和地球幾乎成一直線才 會出現(xiàn)。 恒星盤法 很多恒星都被塵埃組成的恒星盤包圍，這 些塵埃吸收了恒星的光再放出紅外線，因 此可以被觀測。 直接攝影 因為行星相比于其母星都是非常暗淡的， 所以一般都會被母星的光掩蓋，但在一些 特殊情況，現(xiàn)代的望遠(yuǎn)鏡亦可以直接得到 系外行星的影象，例如行星體積特別大 （明顯地大于木星），與母星

4、有一段較大 距離，以及較為年輕（故此溫度較高而放 出強烈的紅外線）。 系外行星命名是在母星名字后加上一個小寫英文 字母。在一個行星系統(tǒng)內(nèi)首個發(fā)現(xiàn)的行星將加 上b，如51 pegasi b，而隨后發(fā)現(xiàn)的則依次 序為51 pegasi c，51 pegasi d等。不 使用a的原因是因為可被解釋為母星本身。 字母的排列只按發(fā)現(xiàn)先后決定，因此在gliese 876系統(tǒng)內(nèi)最新發(fā)現(xiàn)的gliese 876 d卻是系統(tǒng)內(nèi) 已知軌道最小的一個行星。 在51 pegasi b于1995年被發(fā)現(xiàn)前，系外行星有 不同的命名方法。最早被發(fā)現(xiàn)的psr 1257+12 行星以大寫字母命名，分別為psr 1257+12 b

5、 及psr 1257+12 c。隨后發(fā)現(xiàn)了一個更為接近 母星的行星時，卻命名為1257+12 a而不是d。 一些系外行星也有非正式的外號，例如hd 209458 b又稱歐西里斯。 2005.6 gliese 876 2006.1 ogle- 2005- blg- 390lb 2008.9 moa- 2007-blg- 192lb 2009.2 corot- exo-7b 2010.8 hd 10180 此次發(fā)現(xiàn)的行星雖然大部分都很大大概是我們所居住的地球 的13倍到25倍大，但是其中有一顆行星只有地球的1.4倍大小，科 學(xué)家認(rèn)為這是目前人類所發(fā)現(xiàn)的太陽系外的最小行星。 該新星系的母星hd 10

6、180位于水蛇座，距離地球127光年。由克 里斯托夫洛維斯領(lǐng)導(dǎo)的歐洲南方天文臺的研究人員，使用“高精 度徑向速度行星搜索器”（harps）光譜儀和直徑3.6米的大型 望遠(yuǎn)鏡對hd 10180進(jìn)行了長達(dá)6年的跟蹤研究。他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 其中5顆行星的蹤跡，也獲得了其他兩顆行星的詳實資料。這些行 星與其母星間的距離遵循一定的模式，就如同太陽系中出現(xiàn)的情 況一樣。 研究人員根據(jù)harps光譜儀提供的190個測量結(jié)果，探測到了行 星運動中的細(xì)微晃動，這些晃動主要由行星之間的引力作用產(chǎn)生。 其中5個最強的晃動信號表明它們來自于質(zhì)量同海王星相當(dāng)?shù)男行牵?約是地球質(zhì)量的13倍到25倍。這些行星與其母星的距離大

7、約是地 球和太陽之間距離的0.06倍到1.4倍。 星系中可能還存在另外兩顆行星：一顆質(zhì)量大約為地球的65倍， 公轉(zhuǎn)周期約為2200個地球日；另一顆將是迄今為止質(zhì)量最小的太 陽系外行星，其質(zhì)量約是地球的1.4倍，它同母星距離非常接近， 大約是地日距離的2%，公轉(zhuǎn)周期相當(dāng)于1.18個地球日。 moa-2007-blg-192lb行星質(zhì)量僅是地球的3倍 它圍繞著一顆距離地球3000光年的主恒星“moa-2007-blg-192l”運行 這顆主恒星的質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的6%，它無法滿足持續(xù)內(nèi)核核反應(yīng)所需的質(zhì) 量，因此它是一顆褐矮星。另一種不完全測量方法顯示該主恒星的質(zhì)量可能是太 陽質(zhì)量的8%，這表明它

8、是一個質(zhì)量非常低的氫燃燒恒星。研究人員推測這顆主 恒星的確就是一顆褐矮星。 美國圣母大學(xué)的大衛(wèi)班尼特說，“我們的最新研究揭示這是太陽系外可以宿主 恒星的最低質(zhì)量恒星，之前我們未曾發(fā)現(xiàn)過低于太陽質(zhì)量20%的可維持行星運行 的恒星，但這項研究暗示我們可以期待發(fā)現(xiàn)靠近太陽系的低質(zhì)量恒星系統(tǒng)中維持 類似地球質(zhì)量的行星?！彼麑⑦@項研究報告在美國天文學(xué)會(aas)會議上進(jìn)行了 匯報講解。 行星moa-2007-blg-192lb圍繞其恒星運行的距離與金星和太陽之間的距離十 分接近，但是它的恒星卻比太陽昏暗3000-1000000倍。因此，這顆行星大氣層 很可能比冥王星還要冷。天體物理學(xué)家們認(rèn)為，這顆微型行

9、星具有厚厚的大氣層， 很可能通過放射性衰減形成大氣層內(nèi)部加熱，其表面可能比地球還要溫暖。這一 觀點還猜測這顆行星表面上完全覆蓋著深海洋。 這個恒星-行星體系是采用一種叫做“重力透鏡”(gravitational microlensing)的 技術(shù)觀測到的，從行星釋放的光線在抵達(dá)恒星時被彎曲，然后在前景物體的重力 作用下被放大，目前通過重力透鏡方法已發(fā)現(xiàn)了7顆行星。 詳細(xì)資料將發(fā)表在2008年9月1日出版的天體物理學(xué)雜志 一個由12個國家的天文學(xué)家組成的超級團隊，日前觀測到一顆由冰和巖石構(gòu)成 的凍結(jié)的行星，它的質(zhì)量是地球的三到十倍，正在圍繞一顆位于銀河系中心的恒 星運轉(zhuǎn)。這是迄今為止科學(xué)家在太陽

10、系外發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最小的類地行星。 這顆距離地球兩萬光年的類地行星的發(fā)現(xiàn)完全歸功于一種名為引力顯微透鏡的技 術(shù)，該技術(shù)利用了引力能夠使光線產(chǎn)生彎曲這一特性。通過對數(shù)百萬顆恒星的亮 度進(jìn)行監(jiān)測， 天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一顆恒星運行到另一顆更為明亮且距離更遠(yuǎn)的恒星前方時，引 力能夠使光線產(chǎn)生彎曲，從而使前面的恒星像“透鏡”一樣將后方的遙遠(yuǎn)恒星放 大。如果前面的天體，或者說“透鏡”天體恰好是一顆行星的話，那么天體間的 引力將使后面的恒星變得更為明亮。這是天文學(xué)家觀測相對體積較小的系外行星 的唯一方法。然而由于觀測方式的限制，目前所看到的系外行星，大都是些像木 星一樣的大家伙，但與木星相比，卻又與母恒星近了許多

11、，表面溫度也相當(dāng)高， 因此天文學(xué)家形容它們?yōu)椤盁崮拘恰薄Ｆ駷橹?，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了170顆 “熱木星”。 在2006年1月26日出版的英國自然雜志上，來自這三個組織的73名天文學(xué)家 報告說，后來發(fā)現(xiàn)的顯微透鏡現(xiàn)象是由一顆質(zhì)量為地球的三到十倍的行星造成的。 這顆類地行星圍繞著它的小而昏暗的母恒星運轉(zhuǎn)，其軌道距離大約是日地距離的 3倍，因此這顆行星很有可能像冥王星一樣非常寒冷，其表面溫度大約只有零下 220攝氏度，不適合生命存在。與此相反的是，“熱木星”幾天便能圍繞母星運 轉(zhuǎn)一周，并且溫度高達(dá)數(shù)千攝氏度。由法國天體物理學(xué)研究所的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國 際研究小組，將這顆行星命名為ogle-2005-bl

12、g-390lb。 2005年6月，紅矮星gliese 876的第三個行星gliese 876 d被發(fā)現(xiàn)。其質(zhì)量約只 有地球7.5倍，是已知第二低的系外主序星行星，而且?guī)缀蹩梢钥隙ㄟ@行星由巖 石組成。其軌道半徑只有0.021天文單位，公轉(zhuǎn)周期為1.94日 其母星名為gliese 876，是m矮星。在銀河系寶瓶星座(aquarius)方向，距離地 球15光年。大小為太陽的三分之一。這個星系中有2個較大的行星，一個稱為 gliese 876b，它是1998年發(fā)現(xiàn)的。軌道周期為61個地球日，質(zhì)量為太陽系最大 的行星木星的兩倍。另外一個行星名稱為gliese 876c，2001年發(fā)現(xiàn)。軌道周期 為30天

13、，質(zhì)量為木星的一半，約為地球質(zhì)量的150倍。根據(jù)3年前科學(xué)家觀察2顆 行星的相互作用得到的啟發(fā)并且進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，科學(xué)家推測應(yīng)該存在第三顆比較 小的行星。 這項成果是由位于夏威夷mauna kea 山頂?shù)膚. m. keck天文臺觀察得到。w. m. keck天文臺擁有2臺全世界最大的巨型望遠(yuǎn)鏡。一臺是10米光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。每 一臺有8層樓高，重350多噸。這個行星發(fā)現(xiàn)項目得到美國國家科學(xué)基金(nsf)以 及nasa的聯(lián)合支持。 西班牙天文學(xué)家日前宣布，他們發(fā)現(xiàn)了迄今為止最小的太陽系外 行星。該行星擁有固體表面和較為濃密的大氣層，體積僅為地球 的1.5倍。（2008年4月） 這顆新發(fā)現(xiàn)的行星已被命名

14、為gj 436c，圍繞獅子座一顆編號為 gj 436的紅矮星旋轉(zhuǎn)，距離地球約30光年。 參與此次研究活動的西班牙天文學(xué)家伊格納希奧里巴斯介紹說： “我認(rèn)為，人類距離在宇宙中找到一顆與地球別無二致的行星的 時刻已經(jīng)不遠(yuǎn)了。也許，我們只有再花費一、兩年的時間便可以 了。” gj 436c號行星的發(fā)現(xiàn)主要得益于一項并不算很新的技術(shù)：通過 觀測那些遙遠(yuǎn)恒星附近的大型氣態(tài)行星的運行情況，便有可能找 到那些距離恒星相對較遠(yuǎn)且體積較小的行星，其中也包括那些擁 有固體表面的行星。借助類似的技術(shù)，科學(xué)家們在過去的一個世 紀(jì)中還發(fā)現(xiàn)了海王星。 gj 436c的質(zhì)量約為地球的5倍，這使得它成為迄今被記錄在案的 最小

15、和最輕的太陽系外行星。今后，科學(xué)家們還準(zhǔn)備利用相似的 技術(shù)找到更小的行星。 gj 436c與地球的另一差異在于，它圍繞中央恒星公轉(zhuǎn)的周期極 短只有4個地球日，而自轉(zhuǎn)的周期則長達(dá)22個地球日，也就是 說，gj 436c上的一天比5年時間還要長。 這顆名叫“ corot-exo-7b”的行星是由一個名叫“corot”的軌道觀 測臺發(fā)現(xiàn)的，其觀測所使用的望遠(yuǎn)鏡為法國制造，直徑為27厘米。 天文學(xué)家使用了一種名叫“中天法”的搜索方法發(fā)現(xiàn)了這顆行星。 據(jù)悉，所發(fā)現(xiàn)的這顆最小外星行星的直徑大小不到地球直徑的兩 倍。其軌道運行也和地球相似，圍繞一顆類似太陽的恒星運行， 其運行周期為20小時。由于軌道距離恒星

16、非常近，所以這顆行星 的溫度大約在1000-1500攝氏度之間，并不適宜生命存在。 歐洲航天局項目科學(xué)家馬爾科姆弗里倫德（音譯）說，“我們首 次明確發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)地堅硬如地球的行星。” 當(dāng)時它正好經(jīng)過其母恒星，也就是通常所說的凌日，導(dǎo)致此恒星 的光線暗淡下來。天文學(xué)家從而發(fā)現(xiàn)了這顆行星。它的母恒星距 離我們地球大約457光年（1光年是光線行走一年的距離，相當(dāng)于 10萬億公里）。 corot科學(xué)家估計此行星質(zhì)量為5.7-11倍地球質(zhì)量。但它非常不 同于地球的是，corot-exo-7b非?？拷淠负阈?，每20小時公 轉(zhuǎn)一周，因此其溫度很高，達(dá)到了1000-1500攝氏度。研究人員 表示此系外行星可能覆蓋有火山巖或水蒸氣，可能屬于一半水和 一半巖石組成的行星。不過，此行星的密度還在調(diào)查之中。由于