测量太阳系外行星质量的新方法

2002

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测量太阳系外行星质量的新方法
科学家测出了一颗距地球15光年的恒星的行星的准确质量

December 12, 2002 　　

OurSci News Staff -- 公孙无咎

艺术想象图：行星Gl 876b和它的两颗卫星；发光的是它的母星；母星右下方的一个暗淡光点是另一颗行星Gl 876c。点击图片放大
© Greg Bacon, NASA

　　〖合肥〗一个国际研究小组最近应用哈勃空间望远镜的观测资料计算出，太阳系外行星Gl 876b的准确质量为1.89~2.4倍的木星质量。这是迄今为止在太阳系外发现的100个行星中第二个被测得准确质量的行星，也是天体测量学方法(the astrometry technique)在该领域的第一次应用，标志着人类对太阳系外行星的研究有了新的进展。

　　被测量的行星Gl 876b的母星是距离地球15光年、位于宝瓶座的红矮星Gliese 876。目前已经发现有两颗行星围绕这颗恒星转动，Gl 876b是其中比较大也比较远的一个，于1998由两个研究小组同时发现。此后其中的一个小组又发现了一颗比较小而且靠近母星的行星Gl 876c。

　　这两颗行星都是通过测量恒星与它的行星围绕共同的质量中心转动而出现的细微的来回摆动而发现，这种方法称为径向速度方法(the radial velocity technique)。由于行星的亮度比恒星要低十亿倍，几乎是不可见的，只有从地球上看上去行星的轨道恰巧从恒星前面穿过，才能够观测到行星对恒星的遮挡（如果是对太阳来说，叫做凌日现象，也就是小规模的日食），测出“凌日”的速度和角度，并结合径向速度方法的数据，得出行星准确的质量。行星HD 209458b的质量就是这样被测定的。

　　不幸的是，包括Gl 876b在内的大多数行星的轨道都不穿越恒星表面，也就是不会出现“凌日”现象。其轨道面相对地球的倾角是个未知数，由径向速度方法只能确定出行星质量的下限（就是行星质量与倾角正弦的乘积）。为了准确测定行星质量，天文学家们提出了天体测量学方法这种间接方法来解决这个问题。

　　天体测量学方法是在目标恒星（也就是要测量行星的母星）周围直径1度范围（这个范围相当于我们看月亮的大小）内选择几颗恒星作为一个稳定的参考系，然后仔细测定目标恒星由于受到行星运动干扰而产生的相对于这个参考系细微的运动轨迹。如果在30光年远处观测太阳，由于木星和土星的引力作用，就会产生这种运动。这种观测是二维的，因而可以测出行星轨道的倾角，从而测出准确的行星质量。

FLASH动画演示：测量行星质量的方法 (864KB)

　　为了提高观测精度，观测必须长期反复进行。来自美国得克萨斯大学的Benedict和McArthur利用哈勃望远镜对Gl 876进行了长达两年多的观测，取得了成功。他们的文章即将发表在2002年12月20日出版的《天体物理学杂志》上(e-preprint :astro-ph/0212101)。其观测精度达到了两千分之一角秒（一角秒是一度的3600分之一），相当于在3000英里外观测一枚硬币。

　　行星Gl 876b质量的成功测定，对研究行星系统和太阳系的形成与演化意义重大。因为虽然太阳系外行星的研究已经成为关注热点，但是人们对此仍然知之甚少。而且太阳系外行星距离比较远，利用哈勃空间望远镜也只能对其中几个进行观测。为此，NASA（美国国家航空航天局）计划于2009年发射SIM(空间干涉工程)卫星，采取天体测量学方法，以比哈勃的更高的精度对数百个太阳系外行星进行观测，并为下一个观测类地行星的计划寻找目标。行星系统的形成和演化之谜可望揭开。

　　References:

　　1. New Way to Weigh a Planet, ScienceNow |Story|
　　2. Planet Detection, NASA |Story|
　　3. A Mass for the Extrasolar Planet Gl 876b Determined from Hubble Space Telescope Fine Guidance Sensor 3 Astrometry and High-Precision Radial Velocities, AstroPhy. |Article|

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本文相关信息：
收录时间：2002.12.12
作者：公孙无咎
编辑：碧声
来源：三思编译

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