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[科教] 详解有着史上最多宜居带类地行星的行星系统

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发表于 2-24-2017 09:05 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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美国东部时间2017年2月22日下午,NASA在发布会上宣布在系外行星方面的一项新发现----一个很特别的“太阳系”,这个行星系统中的恒星周围有7颗地球尺寸大小的行星,很可能都是岩石行星,很可能表面都有水;其中3颗行星可能处在宜居带范围内,表示其上面的温度刚刚好,可能存在液态水。这一发现刷新了太阳系外恒星在宜居带范围内类地行星数量的记录。科学家们表示,这个特别的行星系统将提供一个非常好的实验室,让我们对宜居行星、系外生命有更多的了解。

不得不感慨,NASA的宣传科普做得真不错。针对这一发现,NASA官方网站推出了图文并茂的科普文章,还设计了可在手机、PAD上操作的游戏,让你能VR看见艺术家们根据科学家提供的数据制作的行星表面想象图、从某颗行星看过去的行星系统图。

这么好的资源,我们也好好利用,同时也要鼓励咱们中国的天文科普尚需继续努力。接下来,就根据NASA官方网上的图来详细了解下这个新发现。

整体介绍

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图1:TRAPPIST-1系统的艺术想象图根据从观测数据分析得到的行星直径、质量以及到主星的距离,艺术家们创作了这幅想象图。这个行星系统的发现要归功于NASA的斯皮策空间望远镜、地面上的凌日行星和星子小型望远镜(TRAnsitingPlanets and PlanetesImals Small Telescope; TRAPPIST)以及其它的地面望远镜。这个小行星系统便是以TRAPPIST望远镜的名字命名。

据发布会上介绍,该系统中的七大行星都是和地球尺寸相当的类地行星。相比较而言,太阳系中有4颗类地行星(把地球也算上),分别是水星、金星、地球和火星。

TRAPPIST-1行星系统中的主星(另一个编号是2MASS J23062928-0502285),距离地球约39光年之外,位于宝瓶座,它是一颗超冷的矮恒星。它离地球不太远,毕竟距离我们最近的一颗恒星也约在4.2光年之外。它的表面温度约2500开尔文,质量约是太阳质量的8%,半径是太阳的11%,至少有5亿年的寿命,未来还能存在几万亿年。而我们太阳的寿命约46亿年,约50亿年之后演化成为一个红胖子----红巨星,表面温度约5778开尔文。

7颗行星很可能都被潮汐锁定了,也就是说,恰似月球被地球锁定,几乎是同一面对着地球,这7颗行星也始终是同一面面向主星,行星的一面总是白天,另一面总是黑夜。

根据距离主星的远近,这7颗行星分别被称为从b到h。TRAPPIST-1b和c距离主星最近,因此可能最热;e、f和g处在宜居带范围内,温度适宜,表面可能存在液态水。但科学家也表示,它们表面是否存在液态水,取决于多项因素,目前只能说可能,而不能确定。

细看艺术想象图,你会发现,它参照了我们对太阳系的认识。b像更大版本的木卫Io。d在昼夜分界的区域有一条液态水的窄带,昼面被描绘成较干燥炎热的场景,而夜面则被冰所覆盖。e和f画得都可像地球了,表面有水,只是在夜面覆盖了更大的冰帽。g有一层像海王星的大气。离主星最远的h最冷,所以就被描绘成一个冰世界,像木卫二。但一定要切记,这是一幅想象图,虽然基于科学数据,但目前所获取的科学数据没有提供像图中展现的如此多细节。

行星细节接下来这张图就展现了更多与这7颗行星的信息,例如它们的公转周期、到主星的距离、自身的大小以及质量,并进行了与太阳系内四大类地行星的比较。

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从公转周期来看,它们都转得很快,天量级,比绕着太阳转得最快的水星还要快很多。水星约每88天转太阳一圈。

距离主星较近,最远也不过是0.06日地距离,也就是说可以把整个系统包含在太阳与水星之间。

从它们的半径和质量来看,半径与地球的半径相当,质量普遍比地球小,但相差不多。

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把它们距离主星的距离更形象地与太阳系的情况比较,完全可以放进太阳与水星之间。

如何发现它们?

最后,让我们来了解下,科学家们是如何发现它们的?

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由Michael Gillon领导的科学家团队利用位于智利的60厘米TRAPPIST望远镜在近红外波段,关注附近的60颗矮恒星,搜索系外行星。之所以关注附近的矮恒星,他们表示,“原因很简单:基于目前的科技,在这些小不点恒星周围,我们可能找到地球尺寸大小的系外行星。”针对TRAPPIST-1,从2015年9月17日到2015年12月28日,他们观测了超过62个夜晚,观测时长达245小时。根据近红外的测光观测数据,他们发现了11次明显的掩食信号,表示有天体从矮恒星前方通过,使观测亮度降低。基于后续的地面望远镜观测和斯皮策空间望远镜,他们意识到其中9次信号很可能由离矮行星最近的两颗行星b和c造成,公转周期分别是1.51天和2.42天;而另2次信号虽然有可能是b和c造成,但更可能是第三颗行星d造成,轨道周期不太确定,可能在4.5天和72.8天之间。2016年5月,他们将该发现发表在《自然》杂志了,并引起了大众和媒体的关注。

后来,他们用斯皮策望远镜进行了时间更长的观测,发现了另外四颗行星,而这七颗行星中三颗有可能位于宜居带。斯皮策红外望远镜探测到了每颗行星经过主星前方对观测亮度的影响----诸如亮度变暗了多少,持续时间多久,出现的周期是多少等。从左侧的数据可以看出,b造成的影响的周期比c短(可以比较相邻b的间隔和相邻c的间隔)。通过这些数据,例如从亮度变暗了多少和变暗的周期,大概可以推知行星的尺寸、公转周期和它到主星的距离,而要进一步知道其质量、密度等,则需要基于一些近似和假设。

更多体验想要体验NASA退出的360度VR效果,建议进入该网址:https://exoplanets.nasa.gov/trappist1/#VR360。这里抛出两张艺术家想象图。

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艺术家想象图,从行星e的视角看这个七行星系统。由于其它行星、主星与它的相对位置,使得看到的行星具有不同的相位,就好像月相一样。

注意,一颗行星是否宜居,影响因素太多,是否有磁场抵挡来自主星的高能辐射;行星的质量是否足够大,能hold住自身的大气;行星表面的大气成分是什么等等。这一发现还需要更多的数据,期待看到更多的进展。

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发表于 2-24-2017 09:41 AM 来自美国米群网手机版 | 显示全部楼层
楼主MorningXu帖子好赞~~~
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发表于 2-24-2017 10:57 PM | 显示全部楼层
非丽丝回帖支持!~~~
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