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    拥抱新太阳系(一)

    已经不再孤独。

      太阳系的亲戚们都是什么模样呢?让我们先来看一看最新发现也是最为庞大的日外行星系统-仙女座υ星和它的行星系统,这是一颗北半球肉眼即可见的亮星,距离我们44光年,大约已有30亿年的年龄。它的三颗行星从里向外依次被科学家们暂时命名为b,c和d星,它们与中央恒星的距离分别为0.06,0.83和2.50天文单位,质量(本文中的行星质量实为Msini,其中i为轨道平面的法线与视线的夹角。)分别为木星质量的0.71,1.98和4.11倍,绕中央恒星公转周期分别为4.62天,241天和1269天,右图对它们的轨道和太阳系行星的轨道作了比较。

      与太阳系相比,目前发现的日外行星系统有许多明显不同的特征。首先是新发现的日外行星质量都很大,其中最小的为木星的40%,最大的为木星的11倍!更为奇特的则是这么大的行星却距离其中央恒星很近,最近的不足0.042天文单位,比水星和太阳的距离(0.387天文单位)还要近得多。另外,这些日外行星还有一个特点,除少数几个离恒星特别近的行星外,大部分都具有很大的偏心率,也就是说都在一个非常扁的轨道上绕恒星运转。

      蛛丝马迹觅星踪

      为什么日外行星系统迟至4年前才被发现,又为什么能在短短的几年内迅速发现这么多的行星系统呢?实际上,我们即使用最现代的技术,即使是现在也依然无法直接观测到太阳系之外其它恒星周围的行星。恒星距离我们极远,最近的也有4.3光年之远,行星与恒星的距离在地球上看去分开的角距极小,难以分辨,更重要的是,行星与恒星不同,靠着反射才发出微弱的光,其亮度与恒星的反差极大,我们难以看到它就好象大白天难以在太阳附近发现月亮一样。

      要发现这样暗弱的行星系统,科学家只能借助间接的技术手段——从分析恒星运动的微小变化中去找出行星可能存在的蛛丝马迹。其原理是这样的,恒星和行星之间通过万有引力相互作用,造成行星绕恒星公转,而恒星实际上也在围绕一个非常小的椭圆型轨道运动,这种运动在天球面上表现为划出一个微小的椭圆,而在我们的视线方向上则表现为前后摆动。

      然而恒星的这种受扰运动从遥远的地球上看来仍然太小了,如果从一个离我们30光年处的地方来看太阳系,那么太阳在大行星作用下在天球面上划出的椭圆幅度仅为一度的百万分之七,用目前最大的望远镜也难以分辨。所幸我们还有另外一种运动可以利用,那就是前后摆动,对这种运动的检测是用一种叫做“多普勒位移”的技术来实现的。

      恒星的星光经过一种叫做“摄谱仪”的特别仪器后,会被分解为一串光谱,光谱中会有一些特定的谱线,如果恒星前后摆动,这些谱线就会表现为左右移动,物理学上称为“多普勒效应”,通过这种效应可以把对恒星前后运动的检测变成谱线左右移动的检测,当然这种移动也是极微小的,直到九十年代,技术才发展到可以检测出这种微小的光谱移动,要求的测量精度达到被测波长的亿分之一,利用光谱线这种微小的位移,可以推算出环绕中央恒星运动的行星的质量大小,轨道大小和偏心率等基本参数。

      科学家们对太阳附近100光年以内数百颗类太阳恒星进行了长期艰苦的运动检测,功夫终于不负有心人,1995年10月,瑞士日内瓦天文台的Michel Mayor和Didier Queloz第一次报告说发现了飞马座51这颗星周围有存在行星的有力证据,这一发现开创了一个新时代。


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