美自動望遠鏡發現54光年外近距離系外行星

藝術示意圖：從近距離恆星HD 7924與圍繞它運行的系外行星系統眺望太陽系方向，從這裡可以可以看到太陽是一顆相當明亮的恆星。由於恆星HD 7924出位於北方天空，因此一名站在HD 7924周圍行星上的觀測者會看到南天的一些天體，如南十字星和大小麥哲倫星雲都位於非常靠近太陽的位置上

據物理學家組織網站報道，一個天文學家小組近期利用設在美國夏威夷，加利福尼亞和亞利桑那州的大型地基望遠鏡發現了一個圍繞一顆近鄰恆星運行的行星系統，其距離地球僅有54光年左右。該行星系統包含有3顆行星，圍繞中央恆星運行的距離比水星圍繞太陽運行的軌道距離更近，公轉周期分別為5天，15天和24天。

這個天文學家團隊由來自美國夏威夷大學，加州大學伯克利分校，加州大學天文台以及田納西州立大學等單位，他們藉助的觀測工具包括設在加州境內利克天文台的「自動行星發現者」望遠鏡(APF)、設在夏威夷莫納克亞頂的凱克望遠鏡以及設在亞利桑那州境內費爾本天文台(Fairborn Observatory)的「自動測光望遠鏡」(APT)。

此次發現的行星系統圍繞一顆編號為HD 7924的恆星運行。行星系統在運行時會對其繞轉的恆星施加引力影響，導致後者發生輕微「晃動」(wobble)，通過對這種輕微「晃動」效應的觀測，可以反推出行星系統的存在。經過多年努力，「自動行星發現者」望遠鏡和凱克望遠鏡對該恆星的多普勒效應進行精密測量，並最終成功計算出這些行星的軌道參數。利用多普勒效應原理觀測恆星「晃動」效應，以此探測系外行星存在的技術在過去的多年中已經幫助發現了很多距離較近且質量較大的系外行星目標，這種方法也被稱作「徑向速度法」。而在APF和凱克望遠鏡觀測的基礎上，「自動測光望遠鏡」(APT)對目標恆星進行了精確的光度測量，從而驗證了行星系統的存在。

全新的「自動行星發現者」望遠鏡(APF)為研究人員提供了有力工具，大大提升了對系外行星進行搜尋的速度和效率。之所以可以更快速地發現系外行星並確定其軌道，是因為該設備是專門設計用於在每一個晴朗的夜晚自動進行行星搜尋的自動化系統。經過專門設計的計算機程序會引導天文台徹夜自動運行而無需人工干預。所有這些都是加州大學的研究人員和研究生們多年來辛勤工作的成果。

美國夏威夷大學的研究生富爾頓(BJ Fulton)表示：「我們一開始是像使用普通望遠鏡那樣使用APF，徹夜在天文台對恆星挨個進行觀察，從事搜尋系外行星的工作。然而在經過數月的缺覺和精疲力竭之後，我們發現讓計算機來代勞似乎是個很吸引人的主意。於是我們撰寫了相關代碼，讓計算機自動程序來取代我們的工作。」

2009年，夏威夷的凱克天文台利用設在其10米口徑凱克-I望遠鏡上的HIRES設備發現了圍繞HD 7924恆星最內側運行的一顆行星。此前，該同樣的設備組合還曾經幫助夏威夷大學的天文學家安德魯·霍華德(Andrew Howard)以及加州大學伯克利分校教授傑弗里·馬西(Geoffrey Marcy)發現了不少的「超級地球」(super-Earth)。所謂超級地球就是指那些大小遠超過地球，但要小於天王星和海王星級別的系外行星。在已發現的系外行星中，「超級地球」屬於較小的那一類，其他已發現的系外行星很多都比木星更大巨大。隨後，研究組又花費了超過5年的時間，才最終發現並且確認了圍繞HD 7924恆星運行的另外兩顆行星。

美國宇航局此前發射的開普勒空間望遠鏡已經發現了數千顆系外行星，並證明了行星在銀河系中是一種普遍的存在。然而幾乎所有已發現的系外行星距離地球都相當遙遠。大多數距離我們較近的恆星都沒有開展過針對「超級地球」一類小型系外行星的全面搜尋工作。而它們正是開普勒望遠鏡取得的發現成果之中非常普遍的一類系外行星。

這項發現預示了天文學家們在未來數年內對近距離恆星開展觀測時可能將會發現的系外行星類型。加州大學伯克利分校研究生勞倫·維斯(Lauren Weiss)表示：「這三顆行星與我們太陽系中的行星完全不同，它們的質量大約是地球的7~8倍，並且與恆星之間的距離非常近。」

夏威夷大學的天文學家安德魯·霍華德則表示：「這類工作上實現自動化是該領域的一項革命。這幾乎就像是擁有了一輛能夠自己出門，然後自動買回來幾顆行星的無人駕駛汽車!」

APF、APT以及凱克天文台進行的觀測幫助確認了這項發現，並排除了所有其他的可能解釋。夏威夷大學的研究生伊凡·斯努科夫(Evan Sinukoff)直接參与了這項研究工作，他表示：「恆星黑子，也就是發生在其他恆星表面的類似太陽黑子的現象有時候會產生類似小型系外行星的觀測特徵。然而多年來積累的觀測數據讓我們能夠將這類恆星黑子信號與真正的系外行星信號進行區分。」

此次在恆星HD 7924周圍發現行星系統還僅僅是利用這一最新的自動化系統對圍繞地球周圍近距離恆星運行的系外行星開展系統化搜索的開始。富爾頓將會領導一項持續兩年時間，利用APF設備開展的系統搜尋工作，並計劃將其作為自己撰寫博士畢業論文的工作。他表示：「當這項搜尋工作結束時，我們將獲得距離地球10光年範圍內的恆星周圍小型系外行星的統計數據。」

自動化望遠鏡在整個天文學領域仍然屬於新鮮事物，而美國夏威夷大學的天文學家們已經取得了兩項重大突破。克里斯托弗·巴朗尼克(Christoph Baranec)研製了Robo-AO觀測設備，它能利用激光技術排除地球大氣擾動干擾並獲取天體的高解析度圖像，而另一位天文學家約翰·托里(John Tonry)正致力於一個名為「ATLAS」的項目開發工作，這是一個自動巡天觀測台，能夠自動搜尋並鎖定可能對地球構成威脅的小天體。

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