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首度在類太陽恆星旁的適居區中間發現超級地球

Kepler 22b Comparison with Solar System

天文學家利用克卜勒太空望遠鏡(Kepler)的觀測資料,首度在一顆與太陽類似的恆星旁、可以讓水以液態存在於行星表面的適居區(habitable zone)中,發現直徑僅約地球2倍多的超級地球。除此之外,克卜勒望遠鏡還發現了1,094顆新的系外行星候選者,讓目前已知的候選系外行星數量增為原來的2倍,達2326顆;其中有10顆新增的候選行星,不僅體積逼近地球,而且位在其母恆星的適居區中,但需要後續觀測來證實這些候選者是否確為行星。

先前其他研究顯示疑似有地球級大小的系外行星存在於恆星適居區中,但後來都清楚證明並非如此。近期則發現有另外兩顆小的行星環繞在比太陽小而冷的恆星旁,類似太陽系中的金星和火星一樣,位在其母恆星周圍適居區的邊緣。這顆最新確認的行星編號為Kepler-22b,是到目前為止,已知在類太陽恆星適居區中體積最小的系外行星,直徑約為地球的2.4倍,而且它的軌道恰在適居區內,而不是如先前那兩顆一樣是在邊緣。

右上圖是Kepler-22行星系統(上方)和太陽系(下方)的比較。綠色區域顯示兩星的適居區範圍,黃色線條代表行星軌道,藍色線條代表地球軌道。圖片下方的行星影像則顯示各行星的體積大小比例。

領導發現Kepler-22b的克卜勒任務首席研究員William Borucki等天文學家尚不確定它是不是像地球一樣的岩質行星,還是像木星一樣主要由氣體或液態物質組成的行星,但至少能確定Kepler-22b是到目前為止最像地球的系外行星;這對搜尋系外行星的研究學者而言,是個很重要的里程碑,不僅證明了克卜勒任務超乎逾期的成功,更顯示這只是後續發現更多在適居區中間的超級地球的開端而已,甚至顯示找到跟地球一樣大、甚至比地球小的岩質系外行星的日子大概也不遠了。這些發現,都有助於人類瞭解地球、或人類本身,在這個宇宙中的定位究竟在哪裡?

克卜勒任務於2009年升空,週期性地監測約15萬顆恆星的亮度變化,利用掩星或凌日(transit)的方式來偵測系外行星,也就是當行星經過恆星前方時,會讓恆星亮度稍微降低,從亮度降低的幅度、時間長短的變化方式,可得知行星的直徑、軌道週期、與母星距離等物理參數。不過,必須有3次以上的克卜勒凌日紀錄,才能會被列入行星候選者名單中。

天文學家是在克卜勒任務正式開始觀測任務後的第3天,就第一次偵測到Kepler-22亮度下降的現象,然後在2010年偵測到決定性的第3次凌日現象。之後,克卜勒任務科學團隊利用地面望遠鏡和史匹哲太空望遠鏡追蹤觀測候選行星。由於克卜勒觀測的天區位在天鵝座和天琴座一代,所以地面望遠鏡只能從春季觀測到早秋。

Kepler-22b距離地球約600光年。Kepler-22b的母恆星Kepler-22和我們太陽一樣,都屬於G型恆星,只比太陽稍微小一點、表面溫度稍低一點,所以它的適居區比較靠近恆星本身。因此,雖然這顆行星比地球大,不過它的軌道只有地球軌道的85%大,換言之,距離其母星約0.85AU,環繞母星公轉一週約289天,比地球的365天還短一些。

截至2011年2月為止,總共有54顆位在適居區中的候選行星,Kepler-22b是第一顆被確認的。而最新一波1,094顆新的候選行星資料釋出後,總數達2,326顆候選行星中,有207顆接近地球等級,有680顆為超級地球等級,1,181顆為海王星等級,203顆為木星等級,剩下55顆為比木星大的等級。其中地球等級與超級地球級的候選行星數量,比2011年2月時還各多了200顆與140顆;從這些資料,天文學家估計銀河系中地球等級的行星數量,可能為原本預期的1~4倍以上。

而在新發表的候選系外行星名單中,有48顆候選行星位在其母恆星的適居區中,雖然比2011年2月的54顆還少,但因為克卜勒科學團隊對適居區行星採取了更嚴格的定義,加入大氣的保溫效應所造成的影響,讓恆星適居區的範圍擴展的比較遠,公轉週期比較長的行星也可納入適居區候選行星的名單中。

資料來源:

  1. Kepler-22b, Super-Earth in the habitable zone of a Sun-like Star[12.05.2011]
  2. NASA’s Kepler Confirms Its First Planet in Habitable Zone of Sun-Like Star[12.05.2011]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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