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翻譯：申振宇

校對：楊宜修 劉海牧

審閱：牧夫天文校對組

美編：毫秒

后臺：胡永葳

發(fā)現(xiàn)袖珍地球?

從巴納德行星系統(tǒng)中的一顆行星上觀察巴納德星的藝術(shù)家想象圖。

圖源：雙子星天文臺/美國國家光學(xué)紅外天文研究實(shí)驗(yàn)室/美國國家科學(xué)基金會/美國大學(xué)天文研究協(xié)會/ P. Marenfeld

巴納德星是離太陽系最近的孤立恒星，距離我們只有5.96光年。自從1916年巴納德星被發(fā)現(xiàn)以來，天文學(xué)家一直試圖尋找圍繞它運(yùn)行的行星。

此前曾有報(bào)道稱，在這顆孤獨(dú)恒星的軌道上發(fā)現(xiàn)了行星的蹤跡，但始終無法令人信服。不過，持續(xù)努力的觀測終于取得了回報(bào)。

去年10月，研究人員曾在巴納德星附近發(fā)現(xiàn)了一顆疑似行星?，F(xiàn)在，芝加哥大學(xué)Ritvik Basant領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組證實(shí)了它的存在，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了另外三顆，從而使圍繞巴納德星運(yùn)轉(zhuǎn)的已知行星總數(shù)達(dá)到了四顆。

這一發(fā)現(xiàn)更加引人關(guān)注的點(diǎn)是，巴納德系統(tǒng)中的四顆行星都比地球還小，是銀河系各類行星中最難發(fā)現(xiàn)的一種。

Basant說：“巴納德星作為我們的宇宙鄰居，而我們卻對它知之甚少。而這次的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)非常振奮人心的消息，這也標(biāo)志著新儀器的精度相較于前幾代取得了突破?！?/p>

巴納德星，也被稱為GJ 699，是系外行星搜尋者感興趣的目標(biāo)之一。其原因有以下幾個(gè)方面。

首先是它的距離近：離太陽系最近的恒星系是比鄰星，它是一個(gè)三星系統(tǒng)，而巴納德星的距離比它稍遠(yuǎn)，但卻是距離地球最近的孤立恒星。

其次，巴納德星不僅僅是像太陽一樣的孤立恒星，它還是一顆紅矮星，是銀河系中最常見的恒星類型。通過研究它，我們可以了解很多關(guān)于恒星及其行星的信息，包括環(huán)繞孤立恒星運(yùn)行的行星系統(tǒng)和環(huán)繞紅矮星運(yùn)行的行星系統(tǒng)的信息，比如它們是否宜居等。

你可能仍覺得在巴納德系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)行星好像也沒什么特殊之處。但是翻翻看目前已知的系外行星目錄，你就會發(fā)現(xiàn)，在宇宙中已知的大約20萬億億到40萬億億顆恒星中，截止本文發(fā)表時(shí)，系外行星數(shù)量也僅發(fā)現(xiàn)了不到6000顆。由于系外行星比它們圍繞的恒星要小得多，也要暗得多，圍繞恒星運(yùn)行的行星并不容易被發(fā)現(xiàn)。也正是因此，天文學(xué)家們才更依賴于研究系外行星對其母恒星的影響。

第一種行星對恒星的影響是，當(dāng)系外行星從我們和恒星之間經(jīng)過時(shí)（凌日），恒星光線會周期性地微弱變暗。第二種影響是，當(dāng)恒星被軌道上的行星影響時(shí)，恒星會朝向兩者的公共質(zhì)心產(chǎn)生輕微的運(yùn)動，即徑向速度，這會導(dǎo)致恒星發(fā)射的光線頻率發(fā)生周期性的變化，從而會在光譜中產(chǎn)生頻移。

動畫演示徑向速度的測量。

圖源：Alysa Obertas/維基百科, CC BY-SA 4.0

在巴納德系統(tǒng)中，并沒有觀察到行星凌日導(dǎo)致的恒星變暗現(xiàn)象。而去年的探測發(fā)現(xiàn)正是基于徑向速度法，這表明，巴納德系統(tǒng)中的系外行星軌道平面是遠(yuǎn)離我們視線的。

這種信號很微弱，而且很難識別。Basant和他的同事們利用了安裝在夏威夷的雙子座北望遠(yuǎn)鏡上的MAROON-X行星搜尋儀，在三年時(shí)間內(nèi)對巴納德星進(jìn)行了112個(gè)夜晚的觀測。然后，他們仔細(xì)研究這些數(shù)據(jù)，尋找恒星在徑向上的微弱移動。

他們的研究結(jié)果證實(shí)了四顆系外行星的存在，并成功計(jì)算出了它們的質(zhì)量和軌道周期。

巴納德b星

質(zhì)量為地球的0.3倍，一個(gè)公轉(zhuǎn)軌道周期為3.2個(gè)地球日；

巴納德c星

質(zhì)量為地球的0.34倍，一個(gè)公轉(zhuǎn)軌道周期為4.1個(gè)地球日；

巴納德d星

質(zhì)量為地球的0.26倍，一個(gè)公轉(zhuǎn)軌道周期為2.3個(gè)地球日；

巴納德e星

質(zhì)量為地球的0.19倍，一個(gè)公轉(zhuǎn)軌道周期為6.7個(gè)地球日；

這些行星的軌道都離恒星太近了，因此它們并不宜居。在這樣的距離下，地表溫度會非常高，以至于水不會以液態(tài)的形式出現(xiàn)在行星表面。我們也不確定系外行星的類型。在如此小的質(zhì)量下，類似水星的巖質(zhì)行星是最有可能的，但也不能完全排除是袖珍氣態(tài)行星的可能性。

距離太陽最近的恒星信息圖

圖源：IEEC/ Science-Wave – Guillem Ramisa

這項(xiàng)研究還揭示了我們很容易與小型系外行星失之交臂，即使它們就在我們的眼皮底下。截至目前，我們還沒有在銀河系中發(fā)現(xiàn)太多類地行星。巴納德系統(tǒng)的情況證明，這種發(fā)現(xiàn)的缺少，很可能是因?yàn)槟壳拔覀兩袥]有能力找到他們，而并不是它們不存在。

推算出的巴納德e星的質(zhì)量僅為地球的0.19倍，這是迄今為止使用徑向速度法發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最小的系外行星。如果這顆系外行星真的存在，我們發(fā)現(xiàn)類似系外行星的能力就會越來越強(qiáng)。

Basant說：“我們做的很多事情都是層層遞進(jìn)的，有時(shí)很難看到宏大的遠(yuǎn)景。但當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了人類一直都在追尋的事情時(shí)，那種發(fā)現(xiàn)的感覺太讓人覺得不可思議了?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果已發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。

參考原文

https://www.sciencealert.com/4-rocky-worlds-found-orbiting-earths-closest-single-star-and-theyre-tiny

責(zé)任編輯：楊伯順

牧夫新媒體編輯部

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系外行星動物園

圖源：Halcyon Maps

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