如何給嬰兒系外行星稱重？這兩顆衛星這樣來稱

一顆非常年輕的系外行星質量首次由歐洲航天局(ESA)的「蓋亞」(Gaia)及其前身希普帕科斯(Hipparcos)衛星的數據披露。荷蘭萊頓大學的天文學家伊格納斯·斯耐倫和安東尼·布朗從宿主恆星在很長一段時間內的運動中推斷出了這顆星的質量。這顆行星是一顆類似於木星的氣體巨星，但根據新的估計，它的質量是木星的9到13倍。它繞著Pictoris這顆星運行，它是座星群中第二亮的恆星。

博科園-科學科普：這顆行星是在2008年由位於智利的歐洲南方天文台的超大望遠鏡拍攝到的照片中發現。這顆行星和這顆恆星都只有2000萬年的歷史——大約比太陽系年輕225倍，它的年輕使系統有趣，但也難以研究使用傳統的方法。在貝塔環面系統中，行星基本上是剛剛形成的，因此可以得到一幅行星如何形成以及它們在進化初期如何表現的圖片。另一方面，恆星是非常熱的，旋轉很快，它會脈動。

從歐洲南方天文台(ESO) 3.6 m望遠鏡和歐洲南方天文台8.2 m超大型望遠鏡上的納科儀(NACO)拍攝的這張合成照片中，可以看到Pictoris b星球圍繞著它的主星旋轉。圖片：ESO/A-M. Lagrange et al.

這種行為使得天文學家難以精確測量恆星的徑向速度——即它周期性地向地球或遠離地球的速度。恆星徑向速度的微小變化，是由附近行星的引力引起，通常用來估計系外行星的質量。但這種方法主要適用於那些已經經歷了其演化的早期階段系統。使用徑向速度法之前，行星的質量範圍的上限已經達到了。為了得到更好的估計，天文學家使用了一種不同的方法，利用Hipparcos和蓋亞的測量結果，揭示了這顆行星所在恆星在天空中隨時間的精確位置和運動。

恆星移動的原因各不相同，首先恆星像太陽一樣圍繞著銀河系中心旋轉。它從地球上以直線運動的形式出現在天空中。我們稱之為固有運動。然後是視差效應，它是由地球繞著太陽轉引起的。正因為如此，在過去的一年裡，從略微不同的角度看到了這顆恆星。此外，還有一種被天文學家描述為恆星在其軌道上運行軌跡「微小擺動」的現象，即由於行星在其軌道上的引力作用而偏離預期軌道的極小偏差。這是相同的擺動，可以通過徑向速度的變化來測量，但沿著不同的方向-在天空的平面上，而不是沿著視線。

天文學家可以測量系外行星的質量，方法是觀察由軌道行星引力引起的母星軌跡微小偏差。這些可以沿著視線觀察，尋找恆星徑向速度的微小變化，或者通過天文測量的方法觀察天空。圖片：European Space Agency

如果沒有行星就會觀察它的偏離，然後根據偏離的重要性來測量行星的質量。行星質量越大，偏差就越明顯。為了能夠做出這樣的評估，天文學家需要觀察恆星的軌跡很長一段時間，才能正確理解其固有運動和視差效應。蓋亞號探測器旨在觀測銀河系中超過10億顆恆星，最終將能夠提供大量系外行星的信息。在蓋亞4月份發布的第二次數據發布中所包含的22個月的觀測數據中，這顆衛星已經記錄了星的大約30次，然而這還不夠。

蓋亞將發現數千顆系外行星，這仍在科學家的研究清單上，這些系外行星只能在任務後期才能被觀測到的原因是，為了測量這些系外行星造成的微小擺動，需要在數年內追蹤恆星的位置。將蓋亞的測量數據與歐空局Hipparcos任務的數據相結合，使得伊格納斯和安東尼能夠更快地得到結果。這導致了第一次成功地使用天文測量方法估計年輕行星的質量。將Hipparcos和Gaia(時差約為25年)的數據結合起來，會得到一個非常長期的運動。

這種適當的運動也包含了由軌道行星引起的成分。Hipparcos本身就無法找到這顆行星，因為它看起來就像一顆完全正常的單星，除非對它進行更長時間的測量。現在通過結合蓋亞和希帕爾科斯，觀察長期和短期固有運動的差異，可以看到行星對恆星的影響。這一結果代表了進一步了解行星形成過程的重要一步，也預示著蓋亞未來數據發布將釋放出令人興奮的系外行星發現，研究結果於2018年8月20日在《自然天文學》上發表。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《Nature Astronomy》｜研究/來自：European Space Agency，DOI: 10.1038/s41550-018-0561-6

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