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生命存在的星球?──系外行星探測

在發掘太陽系內可能出現生命的星球時,找尋繞行其他恆星運轉的行星、研究它們是否符合生命存在的條件,也如火如荼地進行著。

(圖 / NASA)

  如今已經有越來越多的方法來尋找系外行星、判定這些行星的大小與組成。所以,我們今天就來瞭解科學家如何探測到這些系外行星吧。

  最簡易而最不實用的方法就是直接以望遠鏡觀看、紀錄(Direct imaging)。但是相較於恆星,行星所反射到地球的光十分黯淡,因此,這個方法只適用於距離恆星遙遠,本身體積又大的行星。



2M1207b [1]



  上圖是由一座大型望遠鏡拍攝的照片,以紅外線觀測(經過調色),藍色的是棕矮星(brown dwarf 2M1207b)、紅色的則是繞行它的行星(planetary 2M1207b)。這是少數以直接觀測法找尋到、並且確認其存在的行星。

  另一個方法是凌日法(Transit),當行星掠過恆星前方時,會使我們觀測到,恆星的亮度減低。這個方法較適用於觀測距離恆星近、本身體積大的行星。藉由恆星亮度改變的幅度,可以間接得到行星的大小;藉由光譜變化,可以知道行星主要大氣組成(恆星原本的光譜可能被行星物質吸收,造成科學家看到的光譜不同)。

  但是,凌日法的使用也有很大的限制:行星凌日的現象只有在行星軌道與觀測者觀點對齊時才看得到,而且,行星的軌道面也不一定切過所繞行的恆星,通常越靠近恆星、軌道面越有可能切過恆星。除此之外,凌日法的誤判率很高,必須搭配徑向速度法檢驗。



行星軌道與凌日 [2]  徑向速度法(Spectroscopic radial velocity),利用行星繞行恆星時,其實是兩者都繞著質量中心旋轉,只是因為恆星質量遠大與行星,使得質量中心仍在恆星內部,但質量中心的微小偏移會使恆星小幅度運動。

  當恆星稍微向地球觀測者運行時,根據都卜勒效應,使觀測光譜產生藍移現象;反之,當恆星稍微遠離地球時,則產生紅移現象。藉由偏移的幅度,可以測得行星的最小質量。這個方法也需要行星軌道與觀測者觀點盡量對齊,否則恆星偏移的幅度變小,不但難以觀測,測出的質量也會比真實質量小很多。如果與凌日法相配合,行星真實質量便呼之欲出了。

  還有一種方法是脈衝星計時法(Timing),脈衝星是超新星爆炸之後殘餘的的高密度中子星,擁有規律的自轉週期與脈衝輻射,如果輻射出的電磁波產生時間異常,很可能是因為周圍有繞行的行星干擾。這個方法精確度很高卻不實用,因為脈衝星數量很少。



都卜勒效應 [3]



 



原始資料:

IntroAst_lec10_Exoplanet by 橋本康弘

https://drive.google.com/open?id=0B7Xfq3lfiuGaZEoyTjJUbFlCN28



參考資料:

系外行星偵測法

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B3%BB%E5%A4%96%E8%A1%8C%E6%98%9F%E5%81%B5%E6%B8%AC%E6%B3%95

AEEA 天文教育資訊網 

http://aeea.nmns.edu.tw/2012/1203/ap120319.html

How to Find an Exoplanet 

https://www.youtube.com/watch?v=AnX7ExBjrHw



圖片來源:

[0] https://exoplanets.nasa.gov/galleries/exoplanets/

[1] IntroAst_lec10_Exoplanet by 橋本康弘

[2] https://lco.global/spacebook/transit-method/

[3] IntroAst_lec10_Exoplanet by 橋本康弘

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