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信号(行星绕恒星转三圈),并排除所有其他可能。
开普勒望远镜的观测范围是天鹅座和天琴座之间的15万颗恒星,它用4年的时间(2009-2013)收集了海量数据。
这些数据像一座“金矿”
,等待科学家去挖掘——开普勒-186f,就是从这座金矿里挖出的“钻石”
。
二、开普勒-186:一颗红矮星的“小世界”
开普勒-186f的母星是开普勒-186(kepler-186),一颗位于天鹅座的型红矮星(-dwarf)。
要理解开普勒-186f的环境,必须先认识它的“太阳”
——这颗和太阳完全不同的恒星。
21红矮星:宇宙中最常见的“小火炉”
红矮星是型主序星,是宇宙中数量最多、寿命最长的恒星。
它们的特点可以用“小、冷、久”
来概括:小:质量约为太阳的12到13(开普勒-186的质量是太阳的054倍),半径约为太阳的12(开普勒-186的半径是太阳的052倍);冷:表面温度约为3700k(太阳是5778k),所以发出的光主要是红光和红外线,看起来更暗;久:寿命可达1000亿年(太阳只有100亿年),比宇宙当前的年龄(138亿年)还长。
红矮星虽然“小”
,但却是寻找宜居行星的最佳目标——因为它们寿命长,行星有足够的时间演化出生命;而且,它们的宜居带离恒星更近(因为温度低,行星需要更近的距离才能获得足够的热量)。
22开普勒-186的宜居带:“小火炉”
旁的“温暖区”
对于太阳这样的恒星,宜居带在09-15au之间(1au是地球到太阳的距离,约15亿公里)。
但对于开普勒-186这样的红矮星,宜居带要近得多——约03-05au之间。
,!
为什么?因为宜居带的定义是“行星表面温度能让液态水存在”
。
液态水的平衡温度约为273k(0c),但实际温度还取决于恒星的辐射强度。
红矮星的辐射强度比太阳低,所以行星需要离得更近才能达到这个温度。
开普勒-186的宜居带具体是035-045au——刚好是开普勒-186f的轨道位置(04au)。
这意味着,这颗行星离恒星的距离,比水星离太阳的距离(039au)稍远一点,但刚好能保持“温暖”
。
三、开普勒-186f:从“信号”
到“行星”
的确认之旅2012年底,开普勒团队的科学家在分析数据时,发现开普勒-186的亮度出现了周期性的下降:每130天,亮度会下降约001——这是一个微小但稳定的信号。
31第一步:排除“假阳性”
科学家首先要排除其他可能导致亮度下降的因素:恒星黑子:红矮星表面常有黑子,但黑子的亮度下降是随机的,而这颗行星的信号是周期性的(每130天一次);食双星:如果是两颗恒星互相遮挡,亮度下降会更深(约1),而这里的下降只有001;仪器误差:开普勒望远镜的精度是0001,所以这个信号不是误差。
经过半年的验证,科学家确认:这是一个行星的凌日信号。
32第二步:测量行星的“大小”
与“轨道”
通过凌日信号的深度(亮度下降的比例),科学家可以计算行星的半径:r_p=r_tissqrt{deltaff_}其中,r_是恒星半径,deltaf是亮度下降量,f_是恒星的正常亮度。
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