发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家从已退役的克卜勒太空望远镜(Kepler Space Telescope)于2016年收集的数据中,发现了一颗系外行星,距离地球约17,000光年,是之前克卜勒太空望远镜观测记录的两倍,质量和木星相似,轨道距离也几乎和木星与太阳的距离相同。

  这颗被命名为K2-2016-BLG-0005Lb,代表了以2016年数据所确认的第一颗系外行星,该批数据被侦测到有27颗疑似星体,使用的是「重力微透镜」的分析技术而非克卜勒太空望远镜原本使用的「凌日法」检测,因为克卜勒太空望远镜并不是被设计为使用重力微透镜来寻找行星,所以这样运用和成果很令人惊喜。

克卜勒太空望远镜和加法夏望远镜探测到的信号。
克卜勒太空望远镜和加法夏望远镜探测到的信号。

  克卜勒太空望远镜于2009年发射升空,运作了将近10年时间,目标为寻找系外行星,这期间克卜勒太空望远镜发现了超过3,000颗已确认的系外行星和另外的3,000颗候选行星。

  克卜勒太空望远镜长时间观测着目标恒星场,数据经过优化处理后,可以检测出星光中微弱且规律性的下降,这就代表有系外行星正围绕着其恒星运行,这种搜寻方式被称为「凌日法」。

  「重力微透镜」则是利用了重力的特性,行星之类物体的质量会在其周围产生重力时空扭曲的现象,如果那颗行星经过一颗恒星的前面,会对其光线造成一些干扰,时空扭曲基本上就像一个放大镜,星光会非常微弱而短暂地变亮,重力微透镜非常适合寻找距离地球很远的系外行星,它们的 距离很远,行星质量很小,迄今为止所发现最遥远、距离地球25,000光年的银河系系外行星就是通过重力微透镜找到的。(编译/台北天文馆刘恺俐)

资料来源:Science Alert

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  不久前,我们还生活在已知只有少数几颗行星的宇宙中,所有行星都围绕着太阳运行,但现在已确认超过5,000颗行星存在于我们的太阳系之外,这不仅是一组数字,每一颗行星都是一个新世界,一个全新的星球,因为我们对它们一无所知。

  迄今为止所发现的5,000多颗行星中,包含了像地球般的小型岩石世界、比木星大许多倍的气态巨行星、质量接近或超过木星但与其恒星极近距离的「热木星」、可能比地球更大的岩石世界的「超级地球」、如海王星缩小版的「迷你海王星」,还有同时围绕两颗恒星运行的行星。

  1992年,我们第一次获得太阳系外行星运行的具体证据,发现有几颗质量类似地球的天体环绕着脉冲星PSR B1257+12旋转,透过测量脉冲时间的微小变化使科学家能够发现围绕脉冲星运行的行星,此篇论文在30年前揭开了第一批在太阳系外被证实的行星。研究人员表示,如果能在中子星周围找到行星,那么行星基本上必无处不在,行星生产过程必须非常稳健,不可避免地我们将可能会在某个地方找到某种生命,探测生命本身只是时间问题。

  目前天文学家寻找系外行星有以下几种常用的方法:

  • 径向速度法:借由系外行星重力对母恒星产生的都卜勒效应得知行星的存在。

  • 凌日法:行星从其母恒星前经过时,因遮掩部份恒星的光芒,使恒星亮度减弱,这也是目前发现最多系外行星的方法。

  • 直接成像法:使用日冕仪遮挡母恒星的光芒,让其周围黯淡的行星得以发现。或使用光学干涉技术,结合不同望远镜的光线,将来自恒星的光互相抵消,就有可能侦测到系外行星。

  • 重力微透镜法:当前景恒星周围有行星环绕,那么行星本身的重力会使背景恒星变亮。

  现在,借由多个现代化太空望远镜的发射,如2018年发射的凌日系外行星巡天卫星(TESS)将继续发现新的系外行星;最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope),也将捕捉来自系外行星大气层的光,读取其气体,以识别可居住条件的潜在迹象。预计将于2027年发射的罗曼太空望远镜(Roman Space Telescope)也将使用多种方法以发现新的系外行星。欧洲太空总署(ESA)ARIEL任务将于2029年发射,观测系外行星的大气。NASA的CASE技术将有助于消除系外行星的云层和雾霾。仅30多年的时间,系外行星发现的数字已爆炸式的增长。2022年3月21日标志着超过5,000颗系外行星得到确认的重大里程碑。(编译/台北天文馆赵瑞青)

银河系中已确认的5,000多颗系外行星。图片来源:NASA/JPL-Caltech
银河系中已确认的5,000多颗系外行星。图片来源:NASA/JPL-Caltech

资料来源:NASA

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  有种系外行星称为热木星,它的特色就是紧贴着母恒星,因此非常热,甚至有可能被重力扭曲变形。天文学家使用欧洲太空总署的系外行星特性探测卫星 (CHEOPS),真的看到这种变形的行星了。

  这颗系外行星称为WASP-103b,它围绕着恒星WASP-103,距离约1,800光年。它几乎是颗标准的热木星,不但如木星是气态巨行星,而且非常靠近其母恒星。依现行理论模型,气体行星不可能在那里形成,因为恒星的重力、辐射和强烈的恒星风会阻止气体聚集。但热木星确实存在,迄今已发现近5,000颗系外行星之中,超过300颗可能是热木星。天文学家认为它们在更远处形成之后才向内迁。

光变

  WASP-103b于2015年首次被检测到,它的周期只有0.93天,距离母星仅0.02天文单位,因此温度高达2500K。虽然WASP-103b不小,但无法直接看到,只能测量它从恒星前面经过,造成母星亮度的下降,甚至测到它经过恒星后面时造成更微弱的亮度变暗。欧航局的CHEOPS以高精度测光,测量WASP-103的多次过境后,使天文学家能够计算出系外行星外观、质量分布,并获得行星对应潮汐力造成弹性响应(Love number)系数,而能了解系外行星组成。因为材料对变形的抵抗力取决于它是由什么组成物质。根据分析结果,WASP-103b非常类似木星,具有相似的组成和结构。但它比木星脆弱多了,它的质量是木星的1.5倍,但直径是2倍。这表示行星正在膨胀,可能是由于恒星的热所造成。大多数热木星的轨道周期越来越短,但WASP-103b的轨道周期似乎变长。天文学家认为有可能是另一物体正在破坏轨道,或是测量上的偏差。因此还需要更多观测,或许未来韦伯太空望远镜可以帮助了解此现象。相关论文发表在Astronomy & Astrophysics学报。(编译/台北天文馆研究员李瑾)

系外行星

资料来源:Science Alert

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  最近发现的系外行星TOI-674 b比海王星稍大,围绕着一颗约150光年远的红矮星运行。天文学家发现它的大气层中含有水蒸气,由于TOI-674 b的大气层比许多系外行星的大气层更容易观测,使得它成为深入研究的主要目标。

  当这颗相对较大的行星(其大小被称为超级海王星),穿过其较小的恒星表面时,穿过其大气层的星光可以更容易被我们的望远镜观测。那些装备了摄谱仪的太空探测器,包括刚刚发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜可以用来揭示行星的大气层中存在哪些气体。

  发现系外行星TOI-674 b的大气层中含有水蒸气,是拜哈勃太空望远镜和凌日系外行星巡天卫星TESS的合作所赐。这颗行星最初是由TESS发现,然后由哈勃测量它的光谱。如果韦伯望远镜一旦启动并运行,应该能够更详细观察这颗系外行星的大气层。

  由堪萨斯大学Jonathan Brande领导的一个国际团队对TOI-674 b上的水蒸气的新研究做出了贡献,该研究已经提交给一个学术期刊。(编译/台北天文馆吴典谚)

根据最近的一项研究,超级海王星TOI-674 b 的大气包含水蒸气。
根据最近的一项研究,超级海王星TOI-674 b的大气包含水蒸气。

资料来源:Phys.org

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  一群公民科学家与加州大学河滨分校的天文学家发现一颗不容易找到的系外行星。由于这颗行星TOI-2180 b周期长,不容易被软件自动检视出来。

  凌日系外行星巡天卫星(TESS)是目前寻找系外行星的主力,它会连续观察天区近一个月,然后转向另一天区。通常来说,需要看到3次疑似凌日事件才会判定可能找到系外行星,若只是单一亮度下降事件则不受研究人员注意,因为可能是恒星自身亮度变化所引起。然而,公民科学家却注意到了。前美国海军军官Tom Jacobs在查看TESS数据时,注意到TOI-2180恒星的光线变暗淡。他提醒专门研究长周期系外行星的天文学家后,团对使用Lick天文台的自动行星探测器望远镜测量行星对恒星的重力拖拽所造成速度变化,使他们能够计算TOI-2180 b的质量并估计其轨道。认为这颗行星TOI-2180 b的直径与木星相同,但质量几乎是木星的2.8倍,因此它含有比氦、氢更重的元素。团队还测得TOI-2180 b周期为261天,距离379光年。小组预测TESS将在2月再次看到这颗行星凌日现象。

  由于TESS资料量庞大,专业天文学家使用演算法自动扫描大量数据以寻找系外行星,但公民天文学家从公开数据中(如TESS)以目视方式寻找单一的凌日事件,突显他们提供了寻找长轨道周期系外行星的潜力。相关论文发表在The Astronomical Journal学刊。(编译/台北天文馆刘恺俐)

凌日事件
凌日事件

资料来源:Science Daily

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  发表在《自然》期刊上的一项新研究中指出,这颗距离地球31光年的行星(GJ 367b),是目前已知的约5,000颗系外行星中最轻的一颗,质量约地球的一半。它的直径略超过9,000公里,只比火星稍大一点。

  该团队表示,这项研究代表着在寻找「第二个地球」方面向前迈进了一步,意谓,天文学家可以掌握非常小的行星的特性。

  共同作者Vincent Van Eylen博士(伦敦大学学院的穆拉德太空科学实验室)说,在这项新研究中,用了两种方法计算这颗行星的大小和质量,这两种方法都涉及到分析这颗行星的母恒星发出的光。一种方法是测量当行星从恒星前面经过时恒星发出的光的亮度稍微降低的现象,这是利用美国NASA凌日系外行星巡天卫星(TESS)的数据完成的。

  另一种方法是从行星对恒星运动的影响来推断行星的质量。这种运动很轻微,速度是每秒80公分,不超过步行的速度,所以我们能够在31光年之外探测到这种微小的运动,真是太神奇了。

系外行星GJ 367b(艺术家想像图)白天时非常热,使得所含的铁几乎熔化。
系外行星GJ 367b(艺术家想像图)白天时非常热,使得所含的铁几乎熔化。

  从其半径和质量的精确测量来看,GJ 367b被归类为岩质行星,属于超短周期(USP)系外行星群,在不到24小时内绕母恒星旋转1圈。这使它跻身于亚地球大小的类地行星之列,在寻找「第二个地球」方面向前迈进了一步。

  研究人员还能够得出有关此系外行星的内部结构。它是一颗低质量的岩石行星,密度比地球大,意谓这颗行星以铁核为主,这些特性与水星相似,它的铁和镍核不成比例地大,使它与太阳系中的其他类地天体区分开来。

  然而,这颗行星非常靠近母恒星,意味着它暴露在比地球强500多倍的辐射之下。地表温度可能高达摄氏1,500度,所有岩石和金属都会在这个温度下熔化。

  这颗新发现的系外行星的母恒星是一颗名为GJ 367的红矮星,只有太阳的一半大小。这使系外行星更容易被发现,因为红矮星不仅比太阳更小且更冷。红矮星是宇宙中最常见的恒星天体之一,因此是寻找系外行星的合适目标。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  WASP-76b是一颗在2016年发现的系外行星,硕大的体积及表面温度使得它被归类为热木星,该星环绕其母恒星仅需1.8个地球日,距离我们约640光年,从早先的研究我们知道,它的表面温度高达4400℉(约2246℃),这样的温度足以使铁汽化,在稍微「凉爽」的夜晚会以铁雨的形式落下。

艺术家对于该星的想象图,这些雨的成分是铁。
▲艺术家对于该星的想象图,这些雨的成分是铁。

  近期科学家再一次观察了WASP-76b并得出了新的结论,它实际上可能比之前认为的更热,研究团队使用了夏威夷的双子座北望远镜观察该行星的日夜交界处,并透过凌日光谱法分析其大气成分,光谱的组成使我们能够计算不同深度及高度的大气成分。而在这样子的条件下,科学家识别出了罕见的三条光谱线,这些读数显示在这颗行星上发现了钙离子,钙离子的光谱特征说明了这颗系外行星有非常强劲的上升风或是大气温度比我们想象的还要高。

  不过,该研究并没有特别说明温度应该提高多少,这只是双子座系外行星光谱学计划(ExoGemS)的一部分,该项目将研究至少30颗系外行星,专家们分析及观察这些行星的质量、温度、成分,借由更新的仪器及分析方法,科学家可以了解行星旋转的细节到表面的行星风系运作模式,借此了解外星世界的多样性,该研究发表于《天文物理学期刊通讯》上。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

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发布单位:台北市立天文科学教育馆

  UNLV(内华达大学拉斯维加斯分校)的研究人员可能已经确定了第一颗环绕三颗恒星运行的行星。

GW Orionis的图像,这是一个三星系统,其周围的尘埃环上有一个神秘的缺口。天文学家假设,在这个缺口中存在一颗巨大的行星,这将是有史以来发现的第一颗围绕三颗恒星运行的行星。左图由ALMA望远镜提供,显示了圆盘的环状结构,最内环与圆盘的其余部分分离。右图的观测结果显示了在圆盘其余部分的最内环的阴影。
  图说:GW Orionis的图像,这是一个三星系统,其周围的尘埃环上有一个神秘的缺口。天文学家假设,在这个缺口中存在一颗巨大的行星,这将是有史以来发现的第一颗围绕三颗恒星运行的行星。左图由ALMA望远镜提供,显示了圆盘的环状结构,最内环与圆盘的其余部分分离。右图的观测结果显示了在圆盘其余部分的最内环的阴影。

  不像我们的太阳系,是由一颗孤立的恒星所组成的系统。一般认为,宇宙中一半以上的恒星系统,例如天文学家观察到的这一新奇现象的GW Ori(金牛T型前主序分级三星系统),是由两颗或两颗以上的恒星因相互引力作用所组成。但是还没有发现绕三颗恒星(环绕三重轨道)运行的行星。

  利用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)望远镜的观测,UNLV的天文学家分析了在这三颗恒星周围观测到的三个尘埃环,这些尘埃环对形成行星至关重要。

  然而,他们在环盘上发现了一个巨大且令人费解的缺口。

  研究小组调查了不同的起源,包括间隙是由三颗恒星的引力扭矩造成的可能性。但在构建了GW Ori的综合模型后,他们发现更有可能、更吸引人的解释是,有一颗或多颗大质量行星的存在(本质上与木星类似)。该论文的第一作者Jeremy Smallwood说,气体巨行星通常是恒星系统内形成的第一颗行星,紧随其后的是像地球和火星这样的类地行星。

  这颗行星本身是看不见的,但是皇家天文学会月刊上九月份的一项研究强调了这一发现。ALMA望远镜预计将在未来几个月进行进一步的观测,将为这一现象提供直接证据。(编译/台北天文馆吴典谚)

资料来源:Phys.org

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  科学家在一颗距离地球约520光年外的系外巨行星上发现了云,其观测资料甚至可以分辨出云层高度及上层大气结构。

  2016年发现的WASP-127b是一颗热土星,它的一年只有4.2天,体积为木星的1.3倍,但质量只有木星的0.16倍,与土星的平均密度接近,这意味着它的大气层较为稀薄,非常适合做大气的光谱分析,因此,一组研究团队结合了哈勃太空望远镜及地面上的甚大望远镜(Very Large Telescope)两个项目的光学观测数据,来分析WASP-127b的大气层。

左图为太阳与木星、地球的比较,右图为WASP-127恒星系统的大小比较,下图则为太阳与水星的距离及WASP-127b与母恒星的距离比较。
▲左图为太阳与木星、地球的比较,右图为WASP-127恒星系统的大小比较,下图则为太阳与水星的距离及WASP-127b与母恒星的距离比较。

  要弄清楚系外行星的大气组成是一件相当棘手的事情,多数我们无法直接看到的系外行星都是使用凌日法见到的,在这样的前提下,这些系外行星上的大气层也会影响光线的亮度,但必须使用解析度更高的仪器才能达成,光谱中不同的波长可能会被不同的元素吸收,借由这项特性,科学家可以了解系外行星的大气层中含有什么样的物质。

  研究团队在分析后发现该行星有钠的存在,但是所在的高度比预期的要低得多,此外,红外波段有强烈的水汽讯号,但可见光波段却没有,这表示有云层的成分是对可见光不透明而对红外线透明。他们还将高解析度的光谱吸收将云层的高度降低到一个惊人的云层厚度,其大气压力仅在0.3至0.5毫巴之间。

  目前科学家们仍然无法确切得知云的组成,但可以肯定的是这颗系外行星的大气层绝非由水组成,钠的发现位置也令人意想不到,而且WASP-127b的轨道不仅与恒星的自转方向不同,几乎是绕着恒星的两极运行,这个系统被认为大约有100亿年的历史,或许造成这样的排列可能过去是受到一个未知的伴星所造成的,所有这些独特的特征使WASP-127b成为一颗未来将被非常深入研究的行星。

  该研究发表于《天文学与天文物理学》期刊上,并且在2021年的欧洲行星科学会议上发表。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

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  最近一组国际研究团队利用凌日系外行星巡天卫星(TESS),找到了一颗围绕M型红矮星运行的系外亚海王星TOI-2406 b。

  这颗新发现的行星半径约为地球半径的2.94倍,每3.07天绕行母恒星公转一次,它的轨道半径约0.023 AU(天文单位,日地平均距离)。根据分析,TOI-2406 b的平衡温度约447 K,推测质量为地球质量的9.1倍。研究团队指出,TOI-2406 b是已知最大的亚海王星(一种质量介于地球与海王星的行星类型)。

  其母恒星TOI-2406是一颗贫金属的M型红矮星,距离地球约182光年,半径只有太阳的五分之一。TOI-2406的表面温度约为3,100K,相较太阳在5,800K的温暖白光,低温的红矮星主要散发出黯淡的红光。

  研究团队认为新发现的TOI-2406行星系统并不寻常,低金属丰度的矮星不容易形成厚重的原行星盘,较难形成大尺寸和短轨道周期的系外行星,因此TOI-2406 b是一个不寻常的发现,对行星形成的模型带来冲击。

  预期外的实验结果,有时是科学家发展新科学的源头。团队未来将进行径向速度法的分析来确定行星质量并排除附近天体的影响。此外,TOI-2406 b也是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)升空后的重要观测候选者。(编译/台北天文馆虞景翔)

凌日系外行星巡天卫星(TESS)所纪录TOI-2406 b 产生的亮度变化曲线。凹谷处代表系外行星通过恒星前方造成亮度下降。Credit: Wells et al., 2021.
凌日系外行星巡天卫星(TESS)所纪录TOI-2406 b 产生的亮度变化曲线。凹谷处代表系外行星通过恒星前方造成亮度下降。Credit: Wells et al., 2021.

资料来源:phys.org

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