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克卜勒衛星捕捉到眾多多重行星系統

美國航太總署(NASA)所屬的克卜勒衛星(Kepler)以凌日法搜尋系外行星的方式成果卓越,不僅在任務開始的頭4個月就發現1200多顆疑似系外行星的資料,而且其中的408筆資料是在多重行星系統中,也就是說,這個系外行星系統很可能包含了2個以上的系外行星,而這些多重行星系統有很多都與我們太陽系迥異。

克卜勒衛星是利用行星行經母星前方遮蔽母星而使母星亮度下降的凌日法來偵測系外行星的存在。從母星星光降低的程度,天文學家可估計行星的大小;再從行星穿越母星盤面的時間,可估算出行星繞母星一周的公轉週期。換言之,這種方式必須是行星軌道面幾乎側向地球;而在同一個行星系統中觀測到好幾個凌日行星,代表這些行星的軌道通通得幾乎側向地球。

在我們太陽系中,有些行星的軌道相對於黃道面的傾角高達7度左右。如果有個其他行星系統上的外星天文學家觀察我們太陽系,並無法透過凌日法看到全部8顆行星,尤其是軌道傾角高達7度的水星和高達3.4度的金星。因此相較之下,克卜勒偵測到的多重行星系統,似乎多半比太陽系還扁平,它們的軌道傾角差異多在1度之內。為什麼會這樣?

天文學家認為:其中一個線索在於行星本身。克卜勒衛星發現的多重行星系統,主要都是以比海王星小的行星為主,缺乏木星級的氣體巨行星。科學家相信:氣體巨行星的強大重力,在行星系統剛形成沒多久的階段,會擾亂行星系統,增加鄰近行星的軌道傾斜角。證據之一是其他研究已找到許多有氣體巨行星的行星系統,但這些行星系統不像克卜勒衛星找到的那樣扁平。

多重行星系統可能提供一個機會,讓天文學家得以確認那些體積較小的岩質行星的密度。行星質量愈大,利用徑向速度法(radial velocit)偵測到的機會愈大,也就是說,它們的重力拉動母恆星、使母星位置變動的情形會更明顯。但類似地球體積、地球軌道的系外行星,其質量不足以拖曳母星、使它的位置變動大到現代科技得以偵測的地步。

在那些有一個以上凌日行星的系外行星系統中,天文學家可以從另一方面來檢測行星狀態,就是凌日時間的變動。各個行星從母星前方通過所需的凌日時間,其實會因彼此間的重力交互作用而稍有變動,變動量的大小就與這些行星的質量有關。克卜勒衛星觀測到得多重行星系統,許多都有這樣的凌日時間變動現象。

目前克卜勒衛星仍持續收集資料中,它可以觀測到距離母星較遠的寬軌行星,其中有些還剛好位在其母恆星的適居區(水能以液態存在的區域)中。而凌日時間變動在確認岩質行星工作上,可能是個關鍵;如果這些岩質行星又恰好位在適居區中,那麼這些岩質行星的表面或許就有對生物生存很重要的液態水存在。

資料來源:Kepler’s Astounding Haul of Multiple-Planet Systems, 2011.05.23, KLC

本文引用自臺北天文館之網路天文館網站

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