科學家目前已發現的系外行星共有四千多顆,其中多數所處的環境都和太陽系很不一樣。一份新研究找到一個恆星系統和太陽系內圍的環境非常相似,裏面至少有四顆行星,分別與太陽系內水星、金星、地球和火星相似。

歐洲南方天文台(ESO)8 月5 日發佈的消息說,這個名為L98-59 的恆星系統距離地球僅35 光年,其中一顆行星的質量大約只有金星的一半,是有史以來用徑向速度(radial velocity)測量方法發現的質量最小的系外行星。

凌日法與徑向速度測量

現在天文學家主要依靠像刻卜勒太空望遠鏡(Kepler Space Telescope) 和凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite, 縮寫簡稱TESS,中國大陸又簡稱為苔絲)這些大的觀測項目,搜索恆星系統,並粗略判斷其周圍是否存在行星。但是要想了解這些行星的具體情況,就靠研究人員判斷,選中其中一些系統進行後續的追蹤觀測。它需要得到望遠鏡大量觀測時間資源的支持,這並不容易。

7 月28 日發表於《天文學與天體物理學》(Astronomy and Astrophysics)期刊的這份研究,在資源有限的情況下,利用對比的方法有了驚人的發現。

研究人員從TESS 的觀測資料裏面選中恆星系統L 98-59 進行分析。因為這個系統距離地球只有35 光年,相對比較近,而且等詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)升空後,這個恆星系統大部份時間都在它的視野之內,也就是說很快會得到這個系統內更多詳細的信息,所以他們選擇這個系統開展研究。

但是在此之前,這份研究只能依賴一個暫時加裝在歐洲南方天文台(ESO)的甚大望遠鏡(VLT)上的一個設備,測量恆星的徑向速度資料,和來自TESS 的資料對比分析。

像TESS 這樣的項目, 正如其名字展示的那樣,通過觀測恆星亮度周期性的變化,判斷它周圍是否有行星從這顆恆星和地球觀測點的之間穿過,所以叫做凌日觀測法。這種方法可以推測出其周圍行星的數量,以及它們的大小,即半徑和體積這方面的信息。

而這份研究再通過測量恆星的徑向速度進行對比判斷。這種方法的理論依據是,由於行星對恆星各個方向施加的引力,會造成恆星亮度的變化。從這個角度測量恆星亮度的變化,也能推測出這顆恆星周圍行星的數量,除此之外,因為天體所產生的引力與其質量密切相關,所以研究人員可以由此推測出各個行星的質量。

有四五顆「超級地球」

結合這兩種方法,研究人員確定了L 98-59 周圍四顆行星的基本屬性。這份研究從徑向速度觀測還發現了第五顆行星的蹤跡。它們全都屬於「超級地球」類型,就是體積比地球大、比海王星小的岩石行星。這些行星按照軌道從最靠近恆星的內圍向外的順序,依次命名為b、c、d、e 和f 星。

L 98-59b 的質量只有不到金星的一半,差不多是地球質量的1.01 倍,是目前為止用徑向速度測量方法找到的系外行星中質量最小的一個。這顆行星上面的水份較少,2.3 天繞行主星L98-59 一周。

L 98-59c 的質量是地球的2.42倍,2.7 天繞行主星一周。

L 98-59d 的質量裏面高達30%的比例都是水份,現在還不知道上面水份所在的位置。可能位於地面上,也可能都在地下。這顆行星的質量是地球的2.31 倍,7.5 天繞行主星一周。

L 98-59e 的質量是地球的3.06倍,12.796 天繞行主星一周。第五顆行星L 98-59f,它的質量是地球的2.56 倍,23.15 天繞行主星一周。

相對太陽系來說,L 98-59 系統裏面的行星公轉的周期看起來很短,可是L 98-59 是一顆紅矮星,溫度比太陽低。所以最外圍的f 星已經位於這個系統宜居帶,也就是說,這顆行星地表的溫度允許液態水的存在。

這份研究的主要撰稿人葡萄牙波爾圖大學(University of Porto)的德曼金(Olivier Demangeon)說:「有跡象顯示,我們找到了一顆位於這個系統宜居帶內的類地行星。」合作研究者奧索里奧(Mara Rosa Zapatero Osorio)說:「位於宜居帶的這顆行星可能有足以支持和保護生命的大氣層。」 ◇