歐南天文台HARPS計畫發現50顆新系外行星

2011/09/13 |

太空天文

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天文學家利用歐南天文台（ESO）系外行星搜尋計畫HARPS發現了50顆新的系外行星，其中16顆為超級地球（super-Earth，質量在1～10倍地球質量的系外行星），這其中又有1顆位在其母星的適居區邊界上。從所有HARPS發現的系外行星中，這些天文學家統計出：約有40%的類太陽恆星，應該擁有至少一顆質量小於土星的行星。

HARPS計畫是使用ESO位在智利的La Silla觀測站3.6米望遠鏡進行觀測。由於此處觀測條件非常好，因此頗多斬獲。HARPS計畫總共執行了8年之久，專門以徑向速度法（radial velocity technique）在類似太陽的恆星周圍尋找系外行星，迄今已發現150多顆新行星，其中約有2/3HARPS已知系外行星的質量低於海王星（約17倍地球質量）。徑向速度法是利用觀測恆星光譜譜線，若恆星周圍有行星，則受行星公轉及其重力影響，會讓母星的位置產生擺動，因而使恆星光譜譜線發生週期性紅位移與藍位移的都卜勒效應（Doppler effect）。

HARPS計畫主持人、瑞士日內瓦大學（University of Genev）Michel Mayor表示：這是首度一口氣公布這麼多超級地球的發現，另外還有許多類恆星太陽周圍發現海王星級的系外行星；更甚者，是這些成果顯示尋得系外行星的速度不斷在加快中。Mayor同時是在1995年發現第一顆系外行星的天文學家。

HARPS計畫共監測376顆類太陽恆星，從觀測結果，這些天文學家估計類太陽恆星擁有低質量行星的比例很高，其中約有40%的類太陽恆星擁有至少一顆質量小於土星的行星，而絕大部分質量相當於或小於海王星的行星則出現在多重行星系統中。

在更新軟硬體設施後，HARPS的穩定性和靈敏性都提高很多，因此積極投入可提供生命生存的岩質行星搜尋工作，故特地挑選10顆鄰近的類太陽恆星進行監測；HARPS以前就曾觀測過這10顆類太陽恆星，故相當清楚這些恆星適合提供作為極精密的徑向速度測量。經過2年的辛勤工作後，天文學家在這些恆星周圍發現5顆新的行星，而且質量在5倍地球質量以下。對天文學家而言，這些超級地球非常適合未來的太空望遠鏡觀測，以尋找這些行星大氣中是否有生命生存的訊號，例如氧等。

其中一顆近期公布的新行星HD 85512 b的質量僅約為3.6倍地球質量，而且公轉軌道就剛好位在母星適居區的邊緣；這是以徑向速度法所發現的所有位在適居區的系外行星中，質量最小的。HD 85512位在船帆座，距離僅35光年。適居區是指恆星周圍水剛好能以液態存在的狹窄帶狀區域；水對地球生命生存而言是最重要的基礎物質，因此天文學家相當重視適居區內的行星狀態。

新HARPS計畫的徑向速度靈敏度，可達每小時4公里以下（比一般人散步的速度還慢），意味著它的搜尋能力可偵測質量低於2倍地球質量的系外行星。所以HD 85512 b離HARPS的極限還遠得很，HARPS在類太陽恆星適居區內發現更多超級地球的機率極高，發現其他質量更小的行星的機會也愈來愈大。除了HD 85512 b之外，HARPS之前曾在2007年發現另一顆位在適居區內的超級地球Gliese 581 d，但也同時證明此系統中可能位在適居區內的另一顆系外行星Gliese 581 g其實不存在。

為了達成早日找到另一顆地球的心願，天文學家們打算在加納利群島（Canary Islands）伽利略國家望遠鏡（Telescopio Nazionale Galileo）上擺設一套和HARPS一樣的設備，另預計於2016年在ESO超大望遠鏡（Very Large Telescope）上安裝更新、更靈敏的ESPRESSO系外行星搜尋設備（Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations的縮寫），以便南天和北天能同步展開搜索。此外，未來的歐洲極大望遠鏡（European Extremely Large Telescope，E-ELT）也會安裝CODEX設備，使徑向速度搜尋系外行星的技術能推展到更高層級。

目前已知的系外行星總數逼近600大關；不過除了徑向速度法外，還有凌日法等，尚有至少1200顆系外行星候選者等待確定中。Mayor表示：預計在未來10～20年內，必定就可在太陽附近的恆星中搜尋到可能適合居住的系外行星；在此之前，天文學家們得用盡一切辦法，先列出一張未來這些先進儀器優先觀察的基本名單，這樣才能增加找到另一顆地球的速度和機會。