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神秘浩渺的宇宙:20个有趣而迷人的外星世界

2019-10-24 04:38

美国宇航局系外行星档案距离发现4000颗系外行星还差74颗,但是2018年发射的美国宇航局凌日系外行星巡天望远镜探测到的443颗候选行星亟待证实。开普勒太空望远镜还发现了2423颗候选系外行星。

首个确认有大气的行星:画家笔下行星“HD 209458b”大气蒸发情形,它距离太阳系150光年,也是一颗“热木星”。它创造了多个系外行星观测史上的第一,包括首个确认有大气、且观测到有蒸发中的氢气层的行星。该行星质量是木星的0.6倍,绕母恒星公转轨道仅是水星的八分之一,一年只有3.5天,其表面物质在高温下膨胀,密度较低。

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最新添加至美国宇航局系外行星档案的系外行星是“超级地球”GI 686 b,它环绕一颗红矮星(比太阳温度更低的恒星类型),这颗红矮星是通过陆基望远镜发现的,于3月21日成为系外行星档案的新成员。

身份不明的“Kepler-452b”:“Kepler-452b”发现于1989年,是个质量介于行星与恒星之间的天体,质量下限约为木星的11倍。早期研究认为它是一颗围绕恒星运转的褐矮星,褐矮星是与大部分主序恒星不同的次恒星,质量介于最重的气态巨行星或最轻的恒星之间。现在科学家认为它的特性更像行星,一旦确定,“Kepler-452b”将是最早发现的系外行星。

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区分褐矮星和巨行星差异性的唯一方法是访问其内部结构,但这是一项非常困难,或者说是不可能实现的任务。

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数据分析结果显示这颗红矮星的磁活动周期为600天,与预计的低质量孤星磁活动周期一致。据估计,KIC 10544976双星的轨道周期为17年。阿尔梅达指出:“这完全推翻了轨道周期波动只由磁活动导致的假设。可信度最高的解释是,一颗质量达到木星13倍的巨行星环绕双星。”

罗奎斯教授称,区分褐矮星和巨行星仍是一项艰巨的任务,4000颗系外行星仅是一个数字,因为这个行星领域的边界仍是不确定的。

人类发现首颗系外行星距今20多年,目前已发现的系外行星有近2000颗。这些行星里有像地球这样的岩石行星,也有与木星相似的气态巨行星,甚至还有很多太阳系没有的行星。下面20幅图片将通过艺术与想象为大家展现这些奇特的外星世界。

美国宇航局的“朱诺”号飞船掠过木星

同时,这也表明系外行星有多普遍,银河系中大多数恒星存在一颗环绕其运行的行星。这是天文学家在30年前无法想象的事情,巴黎天文台统计的“太阳系外行星百科全书”现已记录发现4000颗系外行星。

围绕脉冲星运转的“PSR B1257 12”系统:“PSR B1257 12”是颗位于室女座的脉冲星,距离地球约980光年。这颗脉冲星备受关注是因为它拥有四颗行星,科学家推测它们是气体行星残留的岩石内核,或是恒星经超新星爆炸后,第二轮形成的行星。如果它们原先是类似木星的大型气态行星,会拥有较大的岩石内核。在经超新星爆炸后,这些气态行星的大气会被冲击波吹走仅剩岩石内核,运行轨道会将渐渐与恒星接近。

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褐矮星被国际天文学联合会定义为小型恒星,但事实上它们是大型行星。我们的数据库收集了60颗木星质量大小的天体,其中包括:行星褐矮星(形成于恒星周围的原行星盘)和恒星褐矮星。

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巨型麦哲伦望远镜艺术概念图

巴黎天文台弗朗索瓦丝·罗奎斯(Francoise Roques)教授是“太阳系外行星百科全书”科学委员会成员,他告诉媒体记者,一个好消息是我们关注的焦点从恒星世界转移至行星世界,因为行星数量远超过恒星数量。此外,我们还发现了多样化行星系统结构,行星可以环绕多颗恒星,也可以不环绕恒星,或者仅是环绕其它行星运行。

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转自: 漫步宇宙/qqtaikong

美国宇航局开普勒太空望远镜发射于2009年,它使用另一种叫做“凌日法”的技术测量行星掠过主恒星前方产生的恒星亮度变化,该望远镜发现了数百颗海王星大小的行星,以及那些被称为“超级地球”的行星,这些行星的质量大于地球,但低于海王星。

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博科园-传递宇宙科学之美

由于验收标准略存在差异,以及其它因素,这两个数据库确认的行星总数有所不同。早期探测系外行星的技术是通过行星对主恒星引力牵引产生的“摆动”,产生了许多被称为“热木星”的巨型行星,它们的轨道距离恒星很近,这些行星类型更容易使用“摆动”技术进行探测。

第一颗画出表面热量分布的系外行星:这是2013年哈勃望远镜确认“HD 189733 b”表面颜色为蓝色后所绘的想像图。该行星距离地球63光年,位于狐狸座。它是第一颗画出表面热量分布图的系外行星,并确认表面颜色为深蓝色。它的质量是木星的1.13倍,一年只有2.2天。HD 189733 b是继HD 209458 b之后,第二颗发现大气层气体正在蒸发的系外行星,表面温度约1000 °C。

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1992年,阿莱克桑德·沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)和黛尔·弗拉尔(Dale Frail)在一颗脉冲星周围发现了首颗系外行星,脉冲星是一种高度磁化的中子星。1995年,天文学家迪迪尔·奎洛兹(Didier Queloz)和米歇尔·梅厄(Michel Mayor)首次发现了围绕主序星运行的一颗行星,主序星的核心是聚变氢成为氦。

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过去30年,科学家发现了近4000颗环绕孤星的系外行星。2011年起,科学家可以利用美国宇航局的开普勒望远镜对环绕年轻活跃双星的系外行星进行观测。在这些双星系统,两颗恒星核心的氢仍在燃烧。现在,巴西天文学家首次发现证据,证明一颗巨行星环绕较为古老的双星KIC 10544976运行。KIC 10544976由一颗白矮星和一颗红矮星组成,其中一颗已经死亡。

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博科园-科学科普|文: Daily Galaxy

北京时间3月29日消息,据国外媒体报道,最新研究表明,环绕其它恒星运行的行星数量现已突破4000颗。在过去25年里,科学家通过陆基和太空望远镜观测发现大量系外行星证据。

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阿尔梅达指出:“太阳磁活动波动最终导致磁场发生改变。所有孤星都是这种情况。在双星系统,由于我们所说的阿普尔盖特机制,这种波动还会导致轨道周期变化。”有假设认为KIC 10544976的轨道周期波动只由磁活动导致。为了驳斥这种假设,研究人员对星食耗时变化和KIC 10544976中仍“健在”的恒星的磁活动周期进行了分析。

罗奎斯博士解释称,对于系外行星探索领域,我们正在从发现项目转移至探索项目,这将有助于更好地理解系外行星的结构、形成、大气层,当然还有生命宜居性。

轨道离心率最大的行星:“HD 80606 b”是一个位于大熊座的气态巨行星,距离地球约 190 光年,其质量是木星的4倍,公转周期111天。与木星不同的是,它和母恒星之间距离变化在 0.03 到 0.88 天文单位之间,是已知轨道离心率最大的系外行星。在远拱点时其光照量和地球相当,但近拱点时却是地球的800倍,其气候变化相当激烈,电脑模行预测该行星在一小时内就可使温度上升 555°C。

气态巨行星艺术概念图

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不过,这颗巨行星如何形成仍是一个未知数。一种假设认为几十亿年前这颗行星与两颗恒星一同形成和演化。如果是这种情况,它便是第一代行星。另一种假设认为,它由白矮星死亡过程中喷射的气体形成,是第二代行星。

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阿尔梅达表示:“这个系统非常独特。没有其它的类似系统可以提供足够数据,帮助我们计算轨道周期波动和‘活星’的磁活动周期。”借助开普勒的观测数据,他们能够根据耀斑的速度和能量以及黑子导致的变化,估算这颗红矮星的磁活动周期。耀斑是大规模的电磁辐射喷发。黑子是表面温度较低的恒星暗区。

第一个直接成像的多行星星系:恒星“HR 8799”是一颗位于飞马座,距离地球129光年的主序星,质量是太阳的1.5倍,光度是太阳的4.9倍。这颗恒星系十分年轻,只有6000万年,星系包括部分岩屑盘和至少4颗大质量行星,是第一批直接被影像证实的系外行星。

巴西天文学家首次发现证据,证明一颗巨行星环绕较为古老的双星运行。这个双星系统由一颗白矮星和一颗红矮星组成,其中一颗恒星已经死亡。研究论文主执笔人、天文学家莱昂纳多·安德拉德·阿尔梅达表示:“我们成功获取了非常坚实的证据,证明一个古老双星系统存在一颗质量相当于木星13倍的巨行星。(木星是太阳系的最大行星。)这是我们第一次在这种双星系统发现巨行星。”

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美国宇航局的“行星猎人”开普勒望远镜

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在一系列线索的指引下——包括每颗恒星遮住伴星,形成星食所需时间以及轨道周期的变化——巴西天文学家发现了这颗系外行星。它栖身于古老的KIC 10544976双星系统。这个系统座落于北天星座天鹅座。阿尔梅达表示:“KIC 10544976双星轨道周期波动由它们与第三颗天体之间的引力拖拽导致。这颗行星环绕双星的共同质心运转。”由于双星的磁活动周期性波动,轨道周期波动不足以证明双星系统存在一颗行星。(太阳的磁场每11年发生磁极翻转。在这个周期内,太阳黑子的数量、规摸和猛烈程度逐渐达到峰值,而后走下坡路。)

岩浆海洋“开普勒10b”:行星“开普勒10b”位于天龙座,距离我们太阳系560光年,大小是地球的1.4倍。该行星一年不到一天,到母恒星距离小于水星到太阳距离的20分之一,表面温度约1300°C,足以将黄金熔化。

借助主镜直径超过20米的新一代地面望远镜——例如智利阿塔卡马沙漠的巨型麦哲伦望远镜——科学家能够证实它的身份,同时直接探测到它的存在。巨型麦哲伦望远镜将于2024年正式服役。阿尔梅达说:“我们对包括KIC 10544976在内的20个恒星系统进行了观测,绝大多数只能在南半球观测到。巨型麦哲伦望远镜将允许我们对这些天体进行直接观测,获取系统内天体如何形成和奇异环境演化的重要信息,同时解答‘是否存在生命?’这个关键性疑问。”

拥有行星的红矮星:恒星K2-3是一颗拥有三颗行星的红矮星,这三颗行星都是属于“超级地球”类型的类地行星,并且都位于K2-3的宜居带内,它们距离地球约137光年。这三颗行星大小分别是地球的2.1倍、1.7倍、1.5倍,其中最外圈1.5倍地球大小的行星表面可能有适宜的温度,支持表面存在液态水海洋。

KIC 10544976由一颗白矮星和一颗红矮星组成,前者是一颗死亡的低质量恒星,表面温度极高,后者的磁活动较为活跃,质量不及太阳,因能量输出较低,光度不高。2005年至2017年,科学家借助地面望远镜对两颗恒星进行观测,2009年至2013年又借助开普勒望远镜进行观测。

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过去30年,科学家发现了近4000颗环绕孤星的系外行星。2011年起,科学家可以利用美国宇航局的开普勒望远镜对环绕年轻活跃双星的系外行星进行观测。在这些双星系统,两颗恒星核心的氢仍在燃烧。

真实的“塔图因”:画家笔下的“开普勒16星系”,行星“开普勒16b”同时围绕两颗恒星公转,这和电影《星球大战》里的行星“塔图因”非常相似。

双星系统艺术概念图

热木星附近也有同伴:“WASP-47”星系拥有两颗行星,一颗热木星和一颗超级地球类型的岩石行星。它们距离母恒星非常近,是个紧凑型的恒星系统,这也是第一次在一颗热木星类型的行星周围近距离的发现其他行星。

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距离最近的两颗行星:2012年6月21日,天文学家确认恒星“开普勒36”拥有两颗行星,这两颗行星是“超级地球”或“迷你海王星”类型的行星,而且它们之间距离不寻常地近,最近距离不到200万千米。这只是地球与金星最近距离的二十分之一,地球到月球距离的五倍。

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第一颗系外行星:它是人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星,也是发现的第一颗“热木星”。这类行星质量接近或超过木星,但与太阳系中情况不同,热木星与恒星距离只有0.5至0.015个天文单位,大约水星到太阳距离的八分之一至金星到太阳距离。飞马座51b距离地球约50光年,质量是木星的一半,但体积却是木星的两倍,一年只有4天,表面温度在1000 °C ,并且它永远以同一面朝向恒星。

年度网络最红的系外行星:“开普勒452b”距离地球1400光年,位于母恒星的宜居带内,直径比地球大60%,地表重力加速度是地球两倍,与其母恒星的距离和日地距离相当。2015年7月23日NASA宣布,“开普勒452b”是已知系外类地行星中,与地球相似指数最高的行星。

拥有6颗行星的“开普勒11星系”:画家笔下发生在2010年8月26日“开普勒11星系”三颗行星同时发生凌日的景象。开普勒11是首个被确认拥有6颗行星的系外恒星,且这些行星的质量介于地球与海王星之间,这个星系距离地球2000光年。

拥有大量钻石的碳行星“巨蟹座55e”:与类地行星不同,碳行星又称钻石行星,它们形成于富含碳但缺乏氧的原行星盘。“巨蟹座55e”就是这样一颗碳行星,直径约2.1万千米,质量是地球的8.63倍。它绕母恒星的轨道不到水星轨道的二十五分之一,一年不到18个小时,表面温度接近2700°C。这类行星1/3质量都是碳,不少碳会因高温高压变成金刚石。

首个与地球尺寸接近的系外类地行星:行星“开普勒186f”想像图,它是第一颗被发现位于母恒星宜居带内且大小和地球相似的类地行星,表面可能有液态水,直径是地球的1.1倍,距离太阳系492光年。

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海洋行星“开普勒22b”:开普勒22b位于天鹅座,距地球600光年,位于母恒星宜居带内,半径是地球的2.4倍。这颗行星与太阳系所有行星都不一样,是个表面完全是液态水海洋的行星。

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一年只有20小时的炼狱行星:行星“51 Pegasi b”距离地球390光年,直径是地球的1.7倍,质量是地球的4.8倍,绕着一颗比太阳略小的恒星运转。它的轨道非常靠近母恒星,一年只有20小时,表面温度达到1500 °C,在如此高的温度下,其上可能布满熔岩。

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118亿岁的古老星系:“开普勒444”是一颗约118亿年(约宇宙年龄的80%)的恒星,距离地球约117光年。它拥有五颗类地行星,大小介于水星和金星之间,轨道周期少于10日。这个星系的行星分布极为紧凑,即使距离母恒星最远的开普勒444f,轨道半径仍远小于水星轨道。5颗行星因距母恒星极近,表面温度过高,不会存在我们已知的生命形态。

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