騰訊科學(xué)訊（Everett/編譯）據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇特的行星系統(tǒng)，其中擁有兩顆恒星，目前在該系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了兩顆行星世界，這個(gè)情景就有些像科幻電影《星球大戰(zhàn)》中天行者的家鄉(xiāng)：塔圖因星球，這顆星球同樣擁有兩個(gè)太陽(yáng)。宇宙中多數(shù)類似太陽(yáng)這樣的G型主序星并不是單一恒星，而科學(xué)家本次在雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的行星具有非同尋常的軌道，此類行星被稱為環(huán)雙星行星(circumbinary planets)，圍繞著兩個(gè)太陽(yáng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)。
藝術(shù)家繪制的在開(kāi)普勒-47c軌道上看“兩個(gè)太陽(yáng)”的情景
為了尋找到更多的環(huán)雙星行星，天文學(xué)家分析了來(lái)自美國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器的數(shù)據(jù)，該空間望遠(yuǎn)鏡自2009年3月發(fā)射以來(lái)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2300多個(gè)潛在的外星世界，在此之前開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器已經(jīng)對(duì)四個(gè)雙星系統(tǒng)的行星軌道進(jìn)行探測(cè)，如開(kāi)普勒-16、開(kāi)普勒-34、開(kāi)普勒-35以及開(kāi)普勒-38。
擁有“兩顆太陽(yáng)”的開(kāi)普勒-47系統(tǒng)
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科學(xué)家近日宣布的發(fā)現(xiàn)結(jié)果為開(kāi)普勒-47行星系統(tǒng)，這是第一個(gè)在雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)多個(gè)內(nèi)外側(cè)行星軌道的世界，位于內(nèi)側(cè)的行星編號(hào)為開(kāi)普勒-47b，外層軌道上的行星編號(hào)為開(kāi)普勒-47c，它們距離我們大約5000光年，位于天鵝座方向上。本項(xiàng)探索研究的主要科學(xué)家為來(lái)自圣地亞哥州立大學(xué)天文學(xué)家杰羅姆·歐羅斯（Jerome Orosz）認(rèn)為我們對(duì)開(kāi)普勒-47行星系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)雙星系統(tǒng)中可以存在多個(gè)行星，星系中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)恒星都是雙體系統(tǒng)或者多體系統(tǒng)構(gòu)成，所以在此類恒星系統(tǒng)中證明可以存在多個(gè)行星世界的事實(shí)是非常重要的。如果我們僅限于在單恒星系統(tǒng)中尋找潛在的可居住行星，那么我們將錯(cuò)過(guò)銀河系中大部分恒星。
開(kāi)普勒-47c和開(kāi)普勒-47b的軌道示意圖
諸如《星球大戰(zhàn)》中的塔圖因星球，我們的軌道望遠(yuǎn)鏡并不能直接觀測(cè)到它們的存在，由于距離太遙遠(yuǎn)，我們只能在這些行星通過(guò)其公轉(zhuǎn)恒星圓盤面時(shí)才能發(fā)現(xiàn)其身影。這是由于行星過(guò)境會(huì)導(dǎo)致恒星的亮度出現(xiàn)微弱的變化，而開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器可以發(fā)現(xiàn)恒星光線微弱的偏差。
系外行星過(guò)境時(shí)導(dǎo)致恒星亮度降低的幅度是極為微弱的，比如開(kāi)普勒-47b行星過(guò)境變化值僅為0.08%，而開(kāi)普勒-47c的變化值僅為0.2%。相比之下，金星過(guò)境時(shí)就可以阻擋住大約1%的太陽(yáng)盤面積。研究人員對(duì)來(lái)自開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器數(shù)據(jù)的研究可以推斷出目標(biāo)行星的一些軌道參數(shù)以及行星的相對(duì)體積等，此外，科學(xué)家們還得到了來(lái)自麥克唐納天文臺(tái)哈蘭·史密斯望遠(yuǎn)鏡的跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)。
在開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)中，其中一顆恒星類似于我們的太陽(yáng)，另一顆恒星的大小是前者三分之一，且更加昏暗，亮等只有前者的175分之一。位于內(nèi)側(cè)軌道和外側(cè)軌道的行星直徑分別是地球的3倍和4.6倍，而在這之前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在別的雙星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了更小的環(huán)雙星行星。內(nèi)側(cè)軌道上的行星為開(kāi)普勒-47b，公轉(zhuǎn)周期為49.5天，而外側(cè)軌道上的開(kāi)普勒-47c公轉(zhuǎn)周期就顯得更長(zhǎng)一些，達(dá)到了303.2天，這是目前為止在過(guò)境系外行星中發(fā)現(xiàn)的最大周期公轉(zhuǎn)的行星，由于該系統(tǒng)為雙星系統(tǒng)，兩顆恒星的互相環(huán)繞周期為7.5天。本項(xiàng)研究的成果發(fā)表在8月28日出版的《科學(xué)》雜志上，詳細(xì)的結(jié)果將在8月29日于國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)上公布。
然而，在如此獨(dú)特的雙星系統(tǒng)中具有非同尋常的行星軌道，這些行星是否是可居住的呢？對(duì)于系外行星的可居住性進(jìn)行探索是一個(gè)耐人尋味的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)中的處于外側(cè)軌道的開(kāi)普勒-47c行星具有與地球類似的軌道環(huán)境，因?yàn)槠涮幱诖穗p星系統(tǒng)的可居住帶上，這意味著該行星上的溫度可以支持液態(tài)水的存在。根據(jù)本次研究的合作者、來(lái)自哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的約書亞·卡特（Joshua Carter）介紹：“我們目前對(duì)開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)推測(cè)其和太陽(yáng)系相類似，但它們擁有兩顆太陽(yáng)?！?/font>
圖中顯示了由藝術(shù)家繪制的開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)中兩顆行星的體積大小對(duì)比圖，處于外側(cè)軌道的開(kāi)普勒-47c行星很可能是一顆體積比天文學(xué)稍大的氣態(tài)行星。本張圖由美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、加州理工學(xué)院提供。
通過(guò)進(jìn)一步的研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)外層軌道上的開(kāi)普勒-47c行星可能是一顆體積略大于天文學(xué)的巨型氣態(tài)行星，因此其不適合我們目前對(duì)宇宙生命的推論，但本項(xiàng)研究也顯示在雙星系統(tǒng)中不僅存在環(huán)雙星行星，而且也有行星可以位于恒星周圍的可居住帶上。根據(jù)本項(xiàng)研究合著者、來(lái)自圣地亞哥州立大學(xué)的天文學(xué)家威廉·威爾士（William Welsh）介紹：“研究中令我最興奮的是在環(huán)雙星行星中發(fā)現(xiàn)了存在于可居住帶上的行星世界。開(kāi)普勒-47c行星不可能適合生命的存在，但如果它擁有較大的巖質(zhì)衛(wèi)星，那么將是一個(gè)非常有趣的世界?！?/font>
科學(xué)家認(rèn)為雙星系統(tǒng)中行星世界可能具有奇怪的天氣，比如《星球大戰(zhàn)》中的塔圖因行星。環(huán)雙星行星的氣候受到雙星系統(tǒng)中特異的軌道影響，可能產(chǎn)生影響范圍較廣的全球性氣候波動(dòng)。對(duì)于地球而言，太陽(yáng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的熱量來(lái)源，來(lái)自太陽(yáng)的能量或者光照變化大約只有0.1%左右，我們不需要擔(dān)心太陽(yáng)現(xiàn)在發(fā)生了什么，地球所接受到的光源是穩(wěn)定的。但對(duì)于一顆圍繞于雙星系統(tǒng)的系外行星而言，在幾天至數(shù)周內(nèi)接受到的光照就會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)百分點(diǎn)幅度的變化，此外如果這顆行星的自轉(zhuǎn)軸是傾斜的，也會(huì)對(duì)行星的全球性氣候構(gòu)成影響，所以此類環(huán)雙星行星的四季變化是快速而又復(fù)雜的。
另外，眾所周知地球的自轉(zhuǎn)周期是24小時(shí)，這樣我們就有了白天和黑夜，如果我們擁有兩個(gè)太陽(yáng)的話，那么就會(huì)出現(xiàn)超過(guò)12個(gè)小時(shí)的白晝時(shí)間，恒星的位置決定了環(huán)雙星行星的黑夜和白晝。開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的所有環(huán)雙星行星的軌道都與其公轉(zhuǎn)恒星軌道之間存在密切關(guān)系，如果這樣的行星上存在高級(jí)文明，那么它們將會(huì)定期看到日全食等奇觀，比如在開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)诙w恒星運(yùn)行到另外一顆恒星之前時(shí)，周圍軌道上行星接受到的光照量減少了大約15%，這個(gè)情況每隔7天半就會(huì)發(fā)生一次。
通過(guò)本項(xiàng)對(duì)雙星系統(tǒng)周圍行星軌道環(huán)境的研究，科學(xué)家認(rèn)為未來(lái)可能還會(huì)更多的小太陽(yáng)系被發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)研究表明了在雙星系統(tǒng)中可以形成行星，甚至它們可以在看似混亂的軌道環(huán)境中演化。研究人員希望得出開(kāi)普勒-47雙星系統(tǒng)中的行星起源位置位于更遠(yuǎn)軌道上的結(jié)論，因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有的天體演化理論，這里的軌道環(huán)境對(duì)體積較大行星的形成更加有利，它們最終會(huì)在與雙星系統(tǒng)周圍塵埃以及氣體的相互作用過(guò)程中向內(nèi)側(cè)軌道遷移。
天文學(xué)家之前認(rèn)為環(huán)雙星運(yùn)行的行星或者大多數(shù)的行星形成于恒星周圍早期存在的塵埃盤，但在雙星系統(tǒng)中塵埃盤可能無(wú)法完成演化，由于兩顆恒星軌道的相互運(yùn)動(dòng)，這樣的原始行星盤應(yīng)該無(wú)法誕生新的行星。但是現(xiàn)在看來(lái)，在雙星系統(tǒng)中除了軌道間距有細(xì)微差別之外，雙星系統(tǒng)中的行星世界與單恒星系統(tǒng)的行星軌道環(huán)境類似。在將來(lái)，研究人員希望在雙星系統(tǒng)中尋找到更小的系外行星，天文學(xué)家杰羅姆·歐羅斯認(rèn)為將來(lái)會(huì)有更好的軟件介入對(duì)系外行星的探索任務(wù)，通過(guò)對(duì)開(kāi)普勒系外行星探測(cè)器數(shù)據(jù)的分析，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多環(huán)雙星行星世界。
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