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测定系外可宜居类地行星质量有新招

发布时间:2014-01-18 13:02内容来源:未知 点击:

迄今为止,科学家已经证实太阳系外存在900多个行星。为了确定这些遥远的星球是否适宜人居住,需要知道这些系外行星的质量,以帮助科学家分辨出那些由气体或岩石等生命支撑材料构成的星球。在目前的技术中,径向速度是科学家主要使用的方法,但该技术用于测量轨道离其恒星较远且更小一些的行星却不太成功。

  除了行星的成分,它的质量也可以管窥这个星球表面和内部的活动。该学院地球、大气与行星科学系研究生朱利·德·威特说:“质量影响行星的很多方面,如任何板块的构造、它内部的冷却和对流等。有了这个方法,我们就能确定行星性质的很多部分。”

  利用大型望远镜,如美国国家航空航天局(NASA)的斯皮策或哈勃太空望远镜,研究人员已能够分析新发现的系外行星的透射光谱。透射光谱是当行星经过其恒星前时,让一些光透过其大气层产生的。通过分析穿过光的波长,可以判断出一个行星大气的性质,例如它的温度和大气分子的密度。通过被遮蔽光的总量,可计算出行星的大小。

  为了使用透射光谱确定系外行星的质量,德·威特凭借一颗行星的质量对其大气的作用,作为透射光谱提供有关行星大气特性的信息。要做到这一点,他通过一个标准公式描述这个星球的温度、引力和大气密度对大气压力的分布图,也就是对整个大气压力变化的程度。

  根据这个公式,得知这些参数中的任何三个就可以推算出第四个参数。德·威特的理由是,一个行星的质量可以从其重力得到,那么一个行星的质量也可以从它的大气温度、压力分布及在原则上可从透射光谱得到的密度参数导出。但要获得一个行星质量的精确测量,他必须证明这三个参数可以相互独立地从透射光谱中获得。

  为此,德·威特必须证明每个参数对透射光谱的独特效果。他从辐射传输的基本原则进行新的分析推导后发现,一个名为欧拉马歇罗尼的数学常数有助于揭示每个参数的个性化效果。换言之,这个常数充当一个“加密密钥”来解码一个行星大气被嵌入其透射光谱中属性的过程。

  为验证此法,德·威特将这项技术应用于最近发现的、位于63光年之外被称为189733b的一颗系外行星,并推算出由其他研究人员利用径向速度的方法所获得的相同质量。

  NASA喷气推进实验室研究科学家马克·斯温说,该研究小组的新技术将非常有助于确定最终可居住的类地行星的构成。

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