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我国学者东苏勃与合作者揭示太阳系外行星轨道从容不迫

发布时间:2016-10-02 20:43内容来源:终极CGFinal 点击:

我国学者东苏勃与合作者揭示太阳系外行星轨道

近期,由北京大学科维理天文与天体物理研究所东苏勃研究员和南京大学天文与空间科学学院谢基伟副教授共同领导的研究团队,利用中国科学院国家天文台位于河北省兴隆观测站的郭守敬望远镜(即大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,简称LAMOST)的数据,揭示了太阳系外行星轨道形状分布的规律。该项研究成果发表在《美国国家科学院院刊》 (PNAS)上。

直到上世纪90年代,人类对行星的认识还局限在太阳系。太阳系的大行星大多运行在近圆形轨道上(偏心率平均值0.06;偏心率取值0到1之间,值越大则越加偏离圆形),而且这些行星的轨道也几乎处于同一个平面上(轨道平均相对倾角仅3度左右)。几百年前,康德和拉普拉斯受到太阳系行星近圆、共面轨道分布规律的启发,提出了行星系统在盘上诞生的学说。该学说逐步发展成当今行星形成的“标准模型”。

1995年,天文学家利用测量恒星视向速度的方法在类太阳恒星飞马座51周围发现了一颗行星,拉开了太阳系外行星研究的序幕。到21世纪初,视向速度法已发现了上百颗行星,它们大多是比地球重数百倍的类木星行星。这些类木星行星的轨道形状分布出乎人们的意料--它们大多数运行在有较高偏心率的椭圆轨道上,平均偏心率达到0.3。这给行星形成的“标准模型”带来了挑战,成为一个长期以来困扰天文学家的谜题--太阳系行星的近圆、共面轨道在银河系中是特殊的还是普遍的?

我国学者东苏勃与合作者揭示太阳系外行星轨道

图一:位于河北省兴隆观测站的郭守敬望远镜

2009年升空的美国宇航局(NASA)开普勒(Kepler)卫星利用行星穿过恒星表面(即凌星)的方法发现了数千颗行星,其中很多是与地球大小相仿的类地行星。开普勒卫星的发现表明类地行星在银河系中普遍存在,掀起了太阳系外行星研究的一场革命。但是,仅通过开普勒卫星本身的凌星数据无法直接测量行星的偏心率,测量这些行星的偏心率需要其它观测手段的辅助。其中一个测量偏心率的方法是用宿主恒星半径作为“标尺”丈量行星凌星时长的分布,而实施该方法需要得到恒星的精确参数。

我国的郭守敬望远镜(LAMOST)采用独特的创新设计,能在大视场中同时观测数千天体的光谱,是世界上光谱获取能力最高的望远镜 (图一)。近几年来,LAMOST在开普勒卫星观测天区得到了数万条光谱,其中包括数百个行星的宿主恒星。通过与其它高精度方法(星震学和高分辨率光谱)的比较论证,研究团队发现,LAMOST光谱对恒星基本属性的测量结果非常可靠,达到相当高的精度。他们意识到LAMOST数据可以用来解开太阳系外行星轨道偏心率的谜题。

太阳系外行星轨道偏心率之谜的谜底是:近圆轨道在行星系统中并不特殊,太阳系外行星轨道的形状分布与太阳系内天体遵循共同的规律,因而太阳系行星系统的轨道形状分布及其形成、演化过程在银河系中很可能是相当普遍的。

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