智利欧洲南方天文台发现大量“超级地球”(组图)

2011-09-19 20:16

位于智利的欧南台（ESO）的一台行星发现仪器破纪录地打开了一个发现系外行星的百宝箱，包括50多个崭新的外星世界里的16颗‘超级地球’。

艺术家想象的一颗具有潜在居住性的系外行星HD 85512b，绕南半球的船帆座内的一颗恒星转动

高精度视向速度行星寻找者（HARPS）是此类仪器中最成功的，它附属于欧南台的3.6米口径望远镜，专门测量行星引力引起的恒星的摆动。行星的质量越小，摆动也越小。例如，在HARPS的灵敏度的极限值，它能够探测到自转速度仅为每小时4公里的恒星的多普勒漂移，这可能是两倍地球质量的行星的引力引起的。虽然没有一颗新发现的行星是这样小，五颗行星比五倍地球质量小，一颗行星位于这颗恒星的宜居带内。

这个潜在的可居住的世界是一颗3.6倍地球质量的行星（被描述为‘超级地球’，即比地球质量更大的），被称为HD 85512b。它的轨道约为3900万公里（0.26天文单位，或者约日地距离的四分之一），刚好位于宜居带的内边缘里面，宜居带的温度应该适宜液态水在行星表面的存在。

“HD 85512b是唯一确实位于宜居带内的行星，但另外几颗距离它很近，”日内瓦天文台的Francesco Pepe说，他领导了这些发现。然而，一颗行星是宜居的比仅仅处于宜居带内，需要满足更多条件－－例如，它必须拥有大气层和碳循环－－即使那些条件满足也不一定保证具有生命。进一步，较厚的大气层适宜保留更多热量，可能使得刚好位于传统的宜居带以外的行星更加适宜于潜在的生命形式。

“我们不是说宜居带以外的行星就不可能是宜居的，”Lisa Kaltenegger说，她是系外行星宜居性方面的专家，来自马克斯普朗克天文学研究所和哈佛史密松天体物理学中心。“宜居带是我们能够期望发现生命的地方，但在较冷的行星上是否有生命是一个有待继续研究的问题。”

各种恒星的宜居带的距离以及行星在恒星周围的位置。红矮星格利泽581有两颗行星，确认恰好位于宜居带的边缘（第三颗尚未确认的行星不在上图内，可能存在于宜居带以内），而新近发现的HD 85512b位于宜居带以内。然而，金星和火星也忝列在太阳的宜居带以内这个事实说明位置并不保证宜居性。

总而言之，考虑到HARPS在其8年历史里发现的约150颗系外行星，这其中包括最近发现的一系列行星，再结合我们关于银河系的知识，统计上30－50％的类太阳恒星具有一颗质量小于土星的行星，大多数比海王星质量小的行星似乎位于多重行星系统内。因此如果你发现一颗超级地球，你很可能将发现几颗。

进一步，似乎在其它恒星周围有30倍地球质量的行星。Lisa Kaltenegger指出这在太阳系内也是显然的，在天王星（14倍地球质量）和下一个行星，土星（95倍地球质量）之间有一个巨大的质量间隔。“在30倍地球质量之上和之下的成员数量之间有一个差异，可能指向不同的形成机制，”Pepe补充说。

形成机制能够解释另一个令人惊奇的发现。这50颗系外行星所绕转的恒星的成份不是单一的，代表了金属丰度（天文学意义上指比氢和氦重的元素）的范围。

“木星质量的行星非常普遍地存在于金属丰度高的恒星周围，在金属丰度低的恒星周围则少得多，”Pepe说。“这和小质量行星的情况不同，小质量行星在金属丰度不同的恒星周围出现的概率相等。”

这可能和气态巨行星的形成机制有关。虽然它们主要由氢气和氦气组成，它们怎样产生的理论需要质量为地球质量的10－20倍的巨大的岩态核快速地形成，在气体能够吸积到核上面之前。低金属丰度的恒星系统没有足够的物质让这些核快速地形成，而有足够的物质让较小的超级地球更加悠闲地形成。

结论显示，我们对系外行星的寻找渐渐地到了一个转折点。15年来，较低质量的行星很少被发现，更容易被发现的‘热木星’占据主导地位。现在，随着美国宇航局的开普勒飞船和类似HARPS一类的仪器来临，平衡被重新建立，我们进入一个发现小质量类地行星的数量远远超过大质量行星世界的新时代。发现另一颗地球可能仅仅是个时间问题。