开普勒-10c
2011年美国发现的行星
开普勒-10c(KEpler-10c)是一颗环绕黄矮星开普勒-10的太阳系外行星,距离地球约560光年(相当于日地距离的四分之一),位于天龙座。开普勒-10c于2011年5月由开普勒太空望远镜(Kepler)发现,尽管早在2011年1月,开普勒-10b已被列为行星候选者。开普勒-10c是继开普勒-9d和开普勒-11g之后,第三个被统计学方法确认存在的系外行星。开普勒科学团队认为,发现开普勒-10c的统计方法将使得确认开普勒空间望远镜视野内的多个行星候选者成为必要。 开普勒-10c的环绕周期为45天,与母恒星的距离是日地距离的四分之一。该行星的半径比地球大两倍,但密度更高,因此直到2014年6月,它是已知体积最大且质量最高的类地行星。开普勒-10c的组成主要是岩石,其中约5%至20%为冰。然而,2017年,通过对HARPS和HIRES数据的更仔细分析,发现开普勒-10c并非一颗大型类地行星,而是一颗典型的挥发性丰富行星,约拥有地球的7倍质量。
现象描述
物理特征
“特级地球”半径约为14972千米,大约是地球的2.35倍。这暗示着它属于类似于迷你海王星的行星类型,后者具有厚重的气体外衣。研究小组利用位于加那利群岛伽利略国家望远镜上的HARPS-North设备测量“特级地球”的质量。他们发现后者质量大约为地球的7.4倍,远比之前预想的重得多。这意味着,该行星的密度大约为3.1±0.6克/立方厘米,高得让人咂舌——要知道,地球的密度才只有5.5克/立方厘米,而典型的气态巨行星密度仅有1克/立方厘米左右。如此高的密度意味着,这颗行星必定是岩石行星,就像地球这样。
不过,需要指出的是,开普勒-10c在许多方面跟我们地球其实有着很大的差异。比方说,它表面的重力加速度就是地球的1.3倍以上。还有,它所围绕的那颗恒星太阳非常相似,但公转轨道却要比地球离太阳近得多。这颗行星的表面温度可能高达200℃,如果它拥有大气,那温度还会更高。
行星系统
研究小组的发现被展示在美国天文学家协会(AAS)召开的会议上。最新发现的特级地球开普勒-10c以45天为周期环绕着一颗类似太阳的恒星运行,它位于距离地球564±88光年的天龙座。这个系统还有一个相当于地球质量3.2±0.3倍的“岩浆世界”开普勒-10b“,它运行速度异常快,公转周期只有20个小时。
开普勒-10c是环绕开普勒-10的第2颗被发现行星,轨道周期45.29485日,与母恒星距离0.2407天文单位,或日地平均距离的24%。它的半径是木星的0.2倍或地球半径的2.235倍。在正式确认之前,天文学家并无法有效地测定开普勒-10c的质量,只能推测其质量上限是木星质量的6%或地球质量的20倍。它的表面平衡温度是485K,几乎是木星表面的4倍。开普勒-10c的轨道倾角为89.65º,代表它的轨道面几乎是侧向面对地球和开普勒-10。天文学家并已观测到开普勒10c经过母恒星和地球之间时的凌星现象。
开普勒-10c的较精确推测质量是地球的15到19倍,并且因为它的半径约为地球的2.35倍(误差范围在2.31到2.44之间,因此体积在地球的12到15倍之间),因此其密度高于地球(6到8gcm)。直到2014年6月,开普勒-10c是已知质量最高,体积最大的类地行星。任职于哈佛大学史密松天体物理中心的天文学家萨维尔·杜穆斯克(Xavier Dumusque)表示,他相当惊讶发现了开普勒-10c这颗“巨无霸地球”(mega-Earth)。任职于相同机构的天文学家,哈佛生命起源小组的主任迪米塔尔·萨塞罗夫更称开普勒-10c是“哥斯拉类地行星”(Godzilla of Earths)。
理论学家此前认为,这样的星球是无法形成的,因为如此重的天体在成长的过程中将吸引大量的氢气并变成一个类似木星气态巨行星。然而,这颗与众不同的行星是个固体行星,且比之前发现的“超级地球”还要大得多,因此被取名为“特级地球”。这颗行星以开普勒-10c命名。
“当我们意识到这个发现时,感到惊讶不已。”带领这项发现并负责数据分析的哈佛大学史密森天体物理中心的泽维尔·杜穆斯克这样说道。“这真是地球级的哥斯拉。”而迪米特尔·绍什洛夫这样说道。
观测数据
开普勒-10c
年龄约110亿年
质量相当于地球的7.4倍
直径约2.9万千米,约为地球的2.35倍
位置位于距离地球564±88光年的“德拉科”星座
公转周期以45天周期环绕恒星开普勒-10运行
母恒星资料
开普勒10是一颗光谱型G型恒星,距离地球约173秒差距(564光年)。该恒星质量是0.895倍太阳质量,尺寸为1.056倍太阳半径;它的表面有效温度是稍低于太阳的5627K。它是富含金属的年老恒星,其金属量是[Fe/H] = -0.16(铁含量为太阳的71%),年龄约119亿年。开普勒10的视星等为10.96,无法以肉眼观测。
开普勒10周围已知有两颗太阳系外行星,第一颗发现的开普勒-10b为岩石质行星,公转周期0.8日,距离母恒星0.01684天文单位。
发现意义
开普勒-10c是特级行星的发现对宇宙的历史和生命的可能性具有深远的启示意义。开普勒-10系统大约有110亿年的时间,这意味着它形成于宇宙大爆炸后30亿年。早期宇宙只包含氢和氦,形成岩石行星所需的较重的元素,例如硅和铁,一定产生于第一代恒星。当这些恒星爆炸时,它们将这些至关重要的成分散落至太空,然后被下一代恒星和行星所吸收。
这个过程可能花费了几十亿年的时间,然而开普勒-10c表明,即使在较重元素相对稀缺时,宇宙仍能够形成如此巨大的岩石行星。“发现开普勒-10c告诉我们岩石形成的时间可能比预想的更早。如果能够产生岩石,那么就可能存在生命。”萨塞洛夫这样说道。这项研究暗示着天文学家在寻找类似地球的行星时,不应该排除古老的恒星。如果古老的恒星也能够存在岩石行星,那么我们确定宇宙邻居里潜在可居住行星的概率又大了一些。
发现历史
哈佛大学生命起源项目”主任、物理学家迪米特尔·绍什洛夫2日在美国天文学会会议上宣布这一发现。最新发现的“特级地球”以45天为周期环绕着一颗类似太阳的名为“开普勒-10c”的古老恒星运行,它位于距离地球560光年的“德拉科”星座
2011年1月,天文学家以凌日法发现距离母恒星开普勒-10相当近的系外行星开普勒-10b,并以量测行星径向速度对母恒星光谱的影响程度确认它确实存在。此外,在开普勒10的光谱中发现了另一个周期较长的光变曲线,这代表有第二颗行星存在于这个行星系中。然而,也有其他可能原因产生与凌日现象类似的讯号,也就是所谓的假阳性讯号。当时天文学家试图量测这个编号为KOI-072.02的天体产生的径向速度影响,但失败了;因此约翰尼斯·开普勒团队使用了Blender技术以排除假阳性讯号。
开普勒团队的天文学家使用斯皮策太空望远镜红外阵列相机(IRAC)于2010年8月30到11月15日的资料进行Blender技术处理,以进一步确认开普勒-10光变曲线中是否有KOI-072.02的凌星现象。天文学家发现该天体凌星时没有颜色变化,在某方面这是代表天体为恒星的特性。但是更进一步分析则显示它是行星。此外,IRAC的资料中并未发现凌星时恒星的红外线光变曲线和可见光曲线有所不同。如果该天体是恒星,它通过开普勒10与观测者之间时也许在可见光部分光变曲线会类似,但在红外线部分则会有所不同。
天文学家使用WIYN天文台(英语:WIYN Observatory)的口径3.5米望远镜于2010年6月18日对开普勒-10以散斑成像的方式进行观测;此外,还使用了帕洛马山天文台口径5米望远镜搭配自适应光学功能的PHARO照相机进行观测。这些观测资料和凯克天文台对开普勒-10的光谱观测资料结合分析后,排除了附近恒星干扰开普勒-10的光谱可能性,这也因此让天文学家相信在开普勒-10的周围有另一颗行星存在。所有非行星造成开普勒-10光谱变化的可能性除了有颗恒星正好在开普勒-10的正前或正后方以外都被排除。光凭这一点,约翰尼斯·开普勒团队发现如果一颗行星正好位于开普勒-10地球之间,这样的恒星可能并非巨大恒星。
另一颗行星存在的可能性更大之后,开普勒团队以Blender技术建立的模型与开普勒太空望远镜观测的测光(英语:Photometry(astronomy))资料进行比较。该技术让开普勒团队可以排除第二颗行星存在以外的可能性,其中包含最可能的另一种假设,即三重星系统。接着,开普勒团队得以确认,即使所有模型显示多层次的三重星(一个联星系统位于单一恒星双星系统之间)系统可以使开普勒-10产生类似第二颗行星存在的光变曲线,先前的观测也应该要发现模型中预测的其他恒星。排除了多层次三重星系统后,仅剩的可能性就是来自背景星的干涉或有一颗行星从开普勒10的盘面前方通过。
天文学家将KOI-072.02和开普勒太空望远镜视野中其余1235个KOI目录(Kepler Object of Interest)的天体比较后,得以利用模式确认KOI-072.02有极高的可信度是行星。之后KOI-072.02编号更改为开普勒-10c。这项发现于2011年5月23日美国天文学会波士顿的会议上公布。
开普勒10c是开普勒空间望远镜的目标中,首个以斯皮策空间望远镜资料分析母恒星光变曲线中行星被恒星遮蔽造成光度下降较低的二次凌而被观测到的。在开普勒-10c被发现时,斯皮策太空望远镜的资料是唯一能侦测到太阳系外行星二次凌,并且相关资料可以有意义地被分析的。该行星也是在开普勒-9d和开普勒-11g(英语:Kepler-11g)之后,第三个凌日行星中透过资料统计,而非实际观测确认存在的。在确认约翰尼斯·开普勒-10c存在的论文中,开普勒团队讨论在开普勒太空望远镜观测视野中,有多少部分的天体可使用前述统计方式确认是行星
参考资料

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