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科学家发现迄今最大系外行星系统：拥有6颗行星
关键词： 行星系统 开普勒望远镜 重复观测 岩石行星 分子云 科学家发现 一行星 空间望远镜 大系 摄动
恒星开普勒-11和太阳类似，并拥有6颗行星。有时候会出现同时有2到3颗行星经过恒星面前的现象；这张图片所反映的正是有3颗行星同时发生凌星现象的示意图。这一事件被开普勒空间望远镜捕捉到，时间是2010年8月26日。 图像版权： NASA/Tim Pyle
这张艺术想象图所要展示的，是开普勒-11行星系统和我们太阳系进行对比的情景，这样会让人更直观的了解两者各行星轨道的位置关系。 图像版权：NASA/Tim Pyle
北京时间2月10日消息，据美国宇航局开普勒项目官方网站报道，科学家们借助该局所属的开普勒空间望远镜，发现了一个拥有6颗行星的恒星系统。这颗中央恒星名为开普勒-11(Kepler-11)，是一颗和太阳相似的恒星，而这些行星则主要由岩石和气体组成。这一紧凑的微型太阳系距离地球大约2000光年。
“开普勒-11的行星系统令人惊叹，”杰克·里萨乌尔(Jack Lissauer)说，他是一位行星科学家，同时也是美国宇航局设在加利福尼亚州的埃姆斯研究中心的开普勒科学小组成员。“这个行星系统的紧凑程度让人惊叹；它们的轨道平面倾角如此一致让人惊叹；竟然有那么多大行星在那么近的距离上围绕一颗恒星运行，让人惊叹。我们甚至从没想过这样的情况真的会存在。”
换句话说，开普勒-11的行星系统是除太阳系之外，迄今为止所发现的成员数量最多，结构最紧凑的行星系统。
“拥有一颗以上凌日行星的恒星非常少见，而开普勒-11更是唯一已知拥有超过3颗以上凌日行星的恒星系统。”里萨乌尔说。“因此我们知道这样的系统并不常见。很显然，拥有类似开普勒-11那样系统的恒星比例不会超过总数的1%。但至于这个比例到底是千分之一，万分之一还是百万分之一，我们还不清楚，因为到目前为止，我们才仅仅发现了这么一例。”
开普勒-11是一颗黄矮星，而所有环绕开普勒-11运行的行星个头都比地球大，其中最大的一颗大小和天王星或海王星相当。这个行星系统最内侧的成员是开普勒-11b，它距离中央恒星的距离比地球到太阳的距离近10倍。继续往外，依次是开普勒-11c，d，e，f和g。即便是位于最外侧的开普勒-11g，其轨道仍然仅相当于太阳和地球距离的二分之一。
“这一系统内侧的5颗行星轨道都比水星到太阳的距离还近，即使是最外侧的第6颗行星，其轨道仍然相当靠近母恒星。”里萨乌尔说
这就意味着，如果将开普勒-11行星系统放到我们太阳系中来，将有5颗行星运行于水星轨道内侧，最外侧的第6颗行星轨道介于水星和金星之间。内侧的5颗行星的轨道周期在10天到47天之间，而最外侧的开普勒-11g公转周期为118天。
“通过对内侧5颗行星的大小和质量测定，我们判定它们属于已知最小的系外行星范畴，”里萨乌尔说。“这些行星由岩石和气体构成，但也可能有水存在。岩石物质占据了这些行星质量的大部分，而气体物质则构成了其体积的大部分。”
根据里萨乌尔的说法，开普勒-11系统是一个非常特别的案例，其结构和动力学特征将有助于揭示其成因。开普勒-11d，e和f含有大量的轻质气体，据此里萨乌尔认为至少这三颗行星应当形成于这一行星系统历史的早期，可能在尘埃盘瓦解后数百万年内便出现了。
行星形成于宇宙中的分子云塌缩形成恒星的过程之中。在原始恒星周围会有一个气体和尘埃构成的盘，称作原行星盘。这一现象在年龄小于100万年的恒星周围非常常见，但是在年龄超过500万年的恒星周围就很少见到这样的盘状结构。这一现象使科学家们提出了一种理论，认为气体含量越大的行星，其形成时间应当越早。因为只有这样才有可能在尘埃盘被恒星的辐射吹散之前争夺到足够多的气体。
在其任务期间，开普勒空间望远镜将继续发回有关这一行星系统的科学数据。开普勒望远镜记录到越多次行星凌星事件(行星从恒星面前经过，遮挡光线，导致恒星出现短暂光度变化)，科学家们便能越精确的计算出这些行星的质量和大小。
“这些数据将有助于我们以更高的精度计算行星的大小和质量数据，并允许我们寻找可能存在的围绕开普勒-11星运行的其他隐藏的行星成员。”里萨乌尔说。“或许我们会发现这一系统中的第7颗行星。要么是由于它发生了凌星事件，要么是它对另外6颗已知行星的轨道产生引力摄动，从而暴露自己的存在。通过这些研究，我们有关银河系中其他恒星周围行星多样性的认识将得到极大的丰富。”
开普勒空间望远镜通过对恒星亮度的精密观测来判断是否其周围存在行星。这种方法称作“凌星法”。当一颗行星在公转过程中经过恒星面前，它将遮住恒星的部分星光，导致其亮度出现稍许下降，开普勒望远镜能够察觉这一细微的亮度变化。同时，恒星亮度的变化幅度又可以让科学家计算出行星的大小。通过考察行星的轨道周期，以及中央母恒星的物理特征，我们可以估算出行星的温度。
目前，开普勒望远镜科学小组正调用大型地面望远镜，以及斯必泽空间红外望远镜，对开普勒望远镜发现的可疑目标候选天体进行后续观测。不过开普勒望远镜所观测的天鹅座和天琴座天区，地面望远镜只有在春季到初秋可以观测到。这些额外的验证数据将有助于科学家们最终判断某个信号是否确实来自一颗行星。
按照计划，凯普尔望远镜将继续在轨工作倒至少2012年11月份，全力进行地球大小行星的搜寻工作，并且力争找到位于“宜居带”的行星目标。宜居带是天文上的一种说法，是指某一行星在行星系中所处的位置正好合适，允许水以液态形式存在。而这一条件通常诶认为是生命的生存所必须。太阳系中的宜居带大致位于金星轨道和火星轨道之间，地球恰好落在宜居带中间。由于地球这样的系外行星每年才会发生一次凌星事件，而要确认这一信号，则需要至少三次重复观测。因此，要找到并确认一颗地球大小的宜居带岩石行星，科学家们至少需要3年时间。
“开普勒望远镜仅能观测天空的1/400”威廉·伯拉吉(William Borucki)说。他来自美国宇航局埃姆斯研究中心，目前担任开普勒项目首席科学家。“事实上，开普勒也仅能发现它所观测的恒星所拥有行星系统的很小一部分，因为你要考虑到角度问题。如果行星公转的轨道面不会造成行星运行到我们的视线方向，就不会产生凌星事件，开普勒也就将没有办法发现它。考虑到全部这两个因素，你就会意识到，一定有数百万的行星正围绕其他恒星运行。”
开普勒空间望远镜是美国宇航局依据“发现”计划执行的第10个项目。位于加利福尼亚的美国宇航局埃姆斯研究中心负责该项目的地面系统研发，任务控制，以及科学数据分析。宇航局喷气推进实验室(JPL)负责开普勒望远镜的项目管理。设于科罗拉多州波尔多市的鲍尔宇航技术公司承担了开普勒飞行系统的开发工作，并和科罗拉多大学大气和空间物理实验室合作，共同承担项目操作支持。必要的验证性观测由设于夏威夷的凯克-1望远镜以及其他位于全球各地的大型望远镜设备承担。(晨风)