[圖文]天文學家發現超級地球為首顆新類型系外行星 | 陽光歷史

 

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[圖文]天文學家發現超級地球為首顆新類型系外行星

2014年11月23日 宇宙奧秘-長篇 暫無評論 閱讀 68 次

 「超級地球」或是新行星類型與木衛一更相像(圖片提供:NASA/JPL)
 
「超級地球」或是新行星類型與木衛一更相像

  據美國國家地理網站報道,天文學家在2009年發現了一顆表面遍佈火山的巖質系外行星,並將其命名為「CoRoT-7b」。天文學家認為CoRoT-7b是迄今太陽系外最像地球的行星。然而,最新一項研究表明,地球可能並不是CoRoT-7b的最佳參照物。研究人員認為,CoRoT-7b其實是第一顆新類型的系外行星:超級木衛一(super-Io)。


  潮汐非唯一熱源


  據領導實施這項研究的美國華盛頓大學天文學家洛裡-巴恩斯(Rory Barnes)介紹,與木星的衛星木衛一一樣,CoRoT-7b很容易處於適當的軌道,體驗所謂的潮汐加熱現象。在木衛一上,潮汐加熱現象是因木星引力的推拉作用令其地殼不斷變形所致。巴恩斯表示,這種活動產生了足夠的熱量,為數百座活火山提供了能量,CoRoT-7b同樣存在這種情況。


  與木衛一不同的是,CoRoT-7b緊靠一顆恆星而非行星軌道運行,所以,潮汐並不是這顆系外行星的唯一熱源。基於以前的大量觀測,天文學家認為CoRoT-7b表面溫度在1832至2732華氏度(1000至1500攝氏度)之間。巴恩斯說,表面溫度如此之高,CoRoT-7b一定會有「熔岩池塘甚至是熔岩海洋」。


  科學家還瞭解到,CoRoT-7b有潮汐鎖定現象,所以,有一面總是面向恆星。所謂潮汐鎖定,是指一個天體繞另一個天體公轉時,會產生潮汐摩擦,讓自轉減慢,到了最後會以同一面持續面對另一天體的狀態。巴恩斯說:「這顆行星的背面可能存在火山活動。根據我們的猜測,CoRoT-7b的一面表面已經熔化,另一面則是劇烈的火山活動。」


  相當於兩個地球大小


  CoRoT-7b是天文學家利用以法國為首的行星尋找任務CoRoT發現的。CoRoT任務旨在探尋天體從恆星前面經過(即穿越)時引起的星光週期性微降現象。當發現CoRoT-7b的消息在2009年2月宣佈時,天文學家將其稱為是迄今發現的繞類日恆星運行的最小系外行星。


  根據CoRoT-7b的穿越,天文學家可以知道,這顆行星大概相當於兩個地球大小。地球的直徑約為7920英里(12760公里)。木衛一的直徑約為2260英里(3630公里)。後續研究測量了CoRoT-7b的質量和密度,證實它是一顆巖質行星。基於這些特徵,CoRoT-7b被稱為「超級地球」。


  這一術語被用來依據系外行星與太陽系內天體的相似程度,對它們進行非正式分類,比如「熾熱木星」、「超級海王星」等。在最新研究中,巴恩斯和同事根據CoRoT-7b的大小、質量、與恆星的遠近程度及其同附近「姐妹行星」CoRoT-7c的相互作用,對這顆系外行星的可能軌道做出估計。他們在今年1月召開的美國天文學會大會上公佈了這一研究結果。


  與木衛一更相像


  研究人員發現,即便CoRoT-7b軌道的運行稍顯異常,也能產生足夠的潮汐熱量,為大量火山活動提供能量,使得它更像木衛一而非地球。據巴恩斯介紹,首先,就像木衛一的運行軌道非常接近木星一樣,CoRoT-7b也近距離繞其主恆星運轉,所以,引力的影響尤其強烈。


  其次,木衛一和CoRoT-7b都存在潮汐鎖定現象。以木衛一為例,這意味著這顆衛星的一面始終面朝木星。這一側受木星引力的推拉作用更為明顯,以致這個原本圓球狀的天體稍顯橢圓形,中心位置鼓起。巴恩斯說:「地球也存在這種現象,由於同太陽和月球的相互作用,地球中間也鼓了起來。海洋潮汐式緣於引力潮,而岩石也因潮汐作用而變形。」


  此外,由於同木星附近衛星的相互作用,木衛一的運行軌道呈不規則的橢圓形,所以,它與木星的距離會隨時間變化。在距離木星更近時,木衛一會被更多地拉長,而遠離木星時,它則會變得更圓。巴恩斯說:「我們以網球為例,如果你不斷擠壓,它會因摩擦而產生熱量。木衛一就存在這種情況,只不過它是同一顆行星產生了這種作用。」


  眼下,CoRoT-7b距離我們過於遙遠,當前技術和望遠鏡無法對其軌道做出精確估計,所以,這顆行星是否真像木衛一還是一個謎。美宇航局下屬噴氣推進實驗室行星科學家羅薩莉-洛佩斯(Rosaly Lopes)說:「我認為他們的研究結果很可靠。」她認為,1979年,在「旅行者」號飛船發現木衛一火山噴發的羽狀塵埃物質之前,科學家就已成功預測了木衛一表面的火山活動。


  火山活動難以證明


  洛佩斯說:「斯坦-皮爾(Stan Peale)和同事分析了木衛一的軌道,認為它可能存在潮汐加熱現象。」緊接著,「旅行者」號飛船發回的照片顯示了大量羽狀塵埃,後來,「伽利略」號飛船拍到的照片又發現了170多座活火山。皮爾現為美國加州大學聖巴巴拉分校名譽教授,他也認為「最新研究的結論可行的」。


  皮爾指出,CoRoT-7b附近第二顆行星的存在意味著,這顆行星的軌道可能不斷變化,「足以將內部加熱至超級木衛一的狀態,最終像木衛一一樣表面具有火山活動。」洛佩斯則表示,「最新研究令人感興趣的是,像木衛一這樣的天體可能存在於其他太陽系中。不過,在目前條件下,CoRoT-7b是否存在活躍的火山活動非常難以證明。


  巴恩斯稱,像「斯皮策」太空望遠鏡這樣的先進觀測手段或許能看到CoRoT-7b火山噴發釋放的氣體。他說:「CoRoT-7b行星軌道周圍或許遍佈火山噴發形成的氣雲。我們利用『斯皮策』望遠鏡可能會根據光的信號觀測到,但這非常困難,因為CoRoT-7b行星距離我們過於遙遠,且光線微弱。」


  不過,巴恩斯認為,隨著CoRoT這樣的行星尋找任務以及最新發射的「凱卜勒」望遠鏡不斷深入太空,人類將會發現數千個與CoRoT-7b相似的表面熾熱的巖質天體。巴恩斯說:「我將『凱卜勒』望遠鏡看作是尋找超級木衛一的理想探測器。」每發現一個「超級木衛一」,都「距離發現真正的『超級地球』更近了一步。」


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