【正見新聞網2014年01月08日】
據物理學家組織網站報導，一個國際天文學家小組近日首次發現一顆地球質量的系外行星發生凌星現象。這顆系外行星圍繞一顆編號為KOI-314的恆星公轉，而這顆系外行星的編號則為KOI-314c。這顆行星也是迄今已經被測定質量和直徑數據的系外行星中最小的一顆。
大衛·基平(David Kipping)是美國哈佛史密松天體物理中心(CfA)的天文學家，也是這項發現的論文第一作者。他說：“這顆行星的質量可能與地球相當，但很明顯它和地球很不一樣。它證明了一點，那就是像地球這樣的岩石行星以及那些水世界或氣體巨行星之間並不存在清晰的界限。”基平在近日召開的第223屆美國天文學會會議上公布了自己的這項發現。
這一研究組使用美國宇航局克卜勒空間望遠鏡的數據對這顆行星的各項數據進行觀測。系外行星KOI-314c圍繞一顆暗弱的紅矮星運行，距離地球約200光年。其圍繞恆星的公轉周期約為23天。研究組估算認為其地表溫度約為220華氏度(約合104攝氏度)，這樣的溫度對於我們所知的生命而言當然是太高了。
KOI-314c的密度僅比水高出大約30%。這就意味著這顆行星可能被一層厚達數百英裡的由氫氣和氦氣組成的大氣層所籠罩。這顆行星最初可能更加類似微縮版的海王星，但隨著時間推移它逐漸損失了一部分氣體，這是長期暴露在恆星強烈輻射環境下的結果。
但要想測出這樣一顆小型系外行星的質量則是一項艱巨的挑戰。一般來說天文學家們會利用這些系外行星對它們繞轉的恆星產生的引力效應並導致後者出現的輕微晃動來判斷行星的質量大小。但這種徑向速度方法對於一顆質量與地球相接近的小質量行星而言將顯得異常艱難。此前測出質量值的系外行星的記錄保持者是比地球質量高出大約70%(Kepler-78b)。
為了測出行星KOI-314c的質量，研究組另闢蹊徑，他們運用了一種名為“凌星時間變化”(TTV)的方法。但這種方法的運用有一個限制，那就是必須要有不止一顆行星存在於這顆恆星周圍。這樣幾顆行星之間就會發生相互攝動，從而造成各自發生凌星的時間出現輕微不同。
論文第二作者大衛·奈斯沃尼(David Nesvorny)來自美國宇航局西南研究所(SwRI)，他說：“我們改變了策略，不再拘泥於恆星的晃動效應，而是將目光關注於行星體的晃動。”他解釋說：“克卜勒望遠鏡觀察到有兩顆行星多次從這顆恆星面前經過。通過以極高的精度測量這種凌星現象發生的時間，我們可以發現這兩顆行星正在相互之間微弱的引力作用下跳著精緻的優雅舞蹈。”
這裡出現的第二顆行星便是KOI-314b，其大小和KOI-314c相當，但其密度要大得多，因此其質量大約是地球的4倍。其圍繞恆星的公轉周期約為13天，這就意味著其與更外側的KOI-314c之間處於一種5:3共振軌道之中。
“凌星時間變化法”是一種很晚才被提出的方法，並被用於系外行星的搜索和研究，最初是在2010年得到首次成功案例。而此次測量的結果顯示了這種新方法的巨大潛力，尤其是在針對小質量系外行星的研究方面。在這些方面，很多傳統方法都顯得底氣不足甚至束手無策。基平表示：“我們正將這項技術引向成熟。”
這顆系外行星的發現實際上是一場意外，當時研究組正在梳理克卜勒望遠鏡獲取的數據，但他們的目的並非搜尋系外行星，而是想搜尋系外衛星，即所謂“克卜勒系外衛星搜尋計劃”(HEK)。基平教授是該計劃的負責人。該計劃旨在檢查克卜勒望遠鏡所有已發現的系外行星並從中搜尋存在“凌星時間變化”的信號，因為這種變化也有可能是由於系外行星擁有衛星造成的。他表示：“我們注意到這顆行星存在凌星時間變化現象，並且在經過分析之後發現這一信號並非來自一顆衛星，而是另外一顆行星。一開始我們感到失望，因為這並非一顆衛星，但很快我們便意識到這其實是一項突破性的進展。”