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作者:苏宜 来源:南开大学 发布时间:2008-12-15 18:21:46
人类首次观测到太阳系外行星绕恒星运动踪迹

美国哈勃空间望远镜网站日前报道,2008年11月13日,美国加州大学伯克利分校天文学家保尔•卡拉斯(Paul Kalas)研究团组,向全世界发布了恒星“北落师门”有行星环绕运动的照片。这是人类首次实际观测到太阳系外行星绕恒星运动的踪迹。(图1)
 

图1 行星绕恒星北落师门运动的踪迹
 
照片中央的白色亮点就是全天第18亮星“北落师门”,恒星周围的红色光影区是围绕恒星运动的小天体带或尘埃盘。右下角小方框的放大图中显示出一颗行星“北落师门b”绕恒星运动的轨迹:2004和2006年两次照相,处在不同的位置上。
 

图2 北落师门在星座中的位置
 
北落师门位于南鱼座,亮度1.16星等,光谱型A3V,是黄道上四颗著名亮星之一(另三颗是:金牛座毕宿五,天蝎座心宿二,狮子座轩辕十四),质量为太阳的2.3倍,直径为太阳的1.7倍,距离我们25光年。西方称之为Fomalhaut,阿拉伯原文意为“鱼的眼睛”。深秋时节,在我国纬度50度以南广大地区都可以在飞马座以南、宝瓶与摩羯之间见到它的身姿。(图2)
 
“北落师门b”距离北落师门约115天文单位(172亿公里),比海王星到太阳的距离远3.8倍,比地球到太阳的距离远115倍,公转周期872年。它的质量约为木星质量的3倍。
 
北落师门虽然年轻,但预计寿命较短,只有太阳的1/10。北落师门虽然温度较高,发出的热量比太阳大10倍,但由于“北落师门b”离恒星太远,不大可能有生命存在。按人类唯一知道的生命模式,液态水是生命存活的必要保证。一颗行星即使有水,如果离恒星太远,水会结冰;如果太近,水会变为蒸汽。所以恒星周围的“生命带”有一定的范围限制。对于太阳,生命带必需近于5.4天文单位,所以土星以外的行星上不可能有生命存在;对于北落师门,生命带必需近于20天文单位,所以“北落师门b”也不可能有生命存在。
 
在银河系3000亿颗恒星当中,北落师门应当算我们的近邻。它到太阳的距离之近,在所有恒星中排第80位;在21颗亮于1.5等的亮星中排第5位。比之更近的4颗是:南门二(4.4光年),天狼星(8.6光年),南河三(11.4光年),牛郎星(16.3光年)。这次发现是人类首次实拍到太阳系以外,一颗行星绕恒星运动的踪迹,应当是天文学历史上里程碑式的重大进展。北落师门行星系统与太阳系相比较,它的星周尘埃盘的一部分可能相当于太阳系的柯依伯带。上世纪90年代的天文观测已经证实,美籍荷兰天文学家柯依伯(G. P. Kuiper)早年提出过的见解:在冥王星轨道两侧,宽约30亿公里的环状区域内,有10亿至100亿颗以冰为主要成分的小天体绕太阳公转运动。虽然柯依伯生前未能亲见这些小天体的真实发现,但至今已发现这样的天体近千颗,被称之为柯依伯带天体。有几颗甚至比冥王星还大。这也是人们不得不把冥王星从行星行列中退出来,而归入到柯依伯带天体的主要原因。
 

图3 北落师门行星系统与太阳系比较图
 
北落师门的“冰小天体带”外围直径约比柯依伯带大3倍,达230天文单位(345亿公里)。图3是北落师门行星系统与太阳系的比较。上图蓝色的是北落师门可能存在的“冰小天体带”,蓝色方框的大小相当于太阳系的柯依伯带(中图绿色环带),中图蓝色方框内是木星轨道以内的太阳系范围,下图棕色环带是火星与木星之间的小行星带,拥有几千万颗以石头为主要成分的小行星。在比北落师门b更近处,是否也有像太阳系八大行星和小行星带一样的天体系统,甚至有像地球这样的拥有生命的行星?现在还不得而知。
 
截至2008年12月12日,全球天文学家已发现系外行星333颗,大多数都是用间接方法发现的。像北落师门b这样直接拍到行星图像的只有几例,拍到行星运动踪迹的仅此一例而已。所有已发现的系外行星,质量都在木星级范围,质量如同地球的系外行星,还在人们的期待之中。天文学家寄望于将在2009年发射的Kepler探测卫星,2013年发射的新一代空间望远镜JWST,和2020年发射的类地行星搜寻者TPF,不仅探测行星,还要探测这些行星上是否有大气和水的存在。 
 
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