系外行星与开普勒太空望远镜

祝伟

2020年4月28号

为什么研究系外行星

系外行星与智慧生命

  • Frank Drake & the Drake Equation

系外行星的直接探测为什么难?

'Pale Blue Dot' by Voyager 1 from 40 AU

旅行者一号在冥王星轨道外(~40天文单位)拍摄的地球图像

Solar system seen from alpha centauri (1.3 pc)

半人马座阿尔法星处(~4光年)拍摄的太阳系想象图

太阳亮度是地球的十亿倍!

系外行星的间接探测之视向速度法

谱线移动约\(10^{-8}\)倍的波长

视向速度法的黄金时代

(90年代初-2009)

电荷耦合器件CCD和计算机的使用极大地提高了天文观测的精度和效率。

Didier Queloz

Michel Mayor

Jeff Marcy

系外行星的间接探测之视向速度法

探测极限

恒星视向速度(米/秒)

行星距离恒星距离(日地距离)

木星(周期12年)

2009年,开普勒望远镜升空

March 7, 2009

开普勒升空

Transit(掩食,凌日)

视向速度法

掩食法

开普勒望远镜背后的人

Johannes Kepler

(1571 – 15 November 1630)

William Borucki

(1939 - )

不是博士,却成就了无数博士学位的人

第一位天体物理学家,也是最后一位用科学方法研究占星术的人(卡尔 萨根)

Kepler Prime Mission (2009-2013)

0.5度

  • 望远镜口径1米
  • 绕日轨道(人造行星?)
  • 天鹅座附近
  • 视场:10度x10度
  • 15万颗星连续观测4年

Two-wheeled Kepler (K2) Mission (2014-2019)

K2 (乔戈里峰),8611米,世界第二高峰

  • 2013年5月11日,第二个反应轮损坏
  • 利用太阳辐射压平衡维持指向精度\(\rightarrow\) K2 mission
  • 2019年11月15日,因燃料耗尽而退役

开普勒的科学发现:类地行星很普遍,可能有10%的类太阳恒星拥有类地行星!

开普勒之前   vs.    开普勒之后

开普勒并没有找到一颗真正的类地行星(恒星性质类似太阳,行星大小、行星质量、轨道周期均与地球相似)

开普勒的科学发现:第二个八行星系统

结合专业天文学家、普通民众、以及计算机专家

开普勒的科学发现:行星很普遍,几乎可以存在于任何恒星周围

Planet

开普勒的科学发现:白矮星周围解体行星?

普遍存在的系外行星

Neutron Star Planets

Binaries

掩食时变(Transit Timing Variation)

Tabby's star: 戴森球??

Boyajian et al. (2016): Planet Hunters IX. KIC 8462852 - Where's The Flux?

开普勒望远镜的科学意义

  • 行星是很普遍的,行星系统可以同我们太阳系很不一样。
  • 多行星系统动力学。
  • 恒星星震,双星演化,超新星...

TESS: Transiting Exoplanet Survey Satellite (2018-now)

寻找全天亮星附近的短周期行星,以便后续的更精细观测。

寻找“真”类地行星

开普勒之前   vs.    开普勒之后

开普勒并没有找到一颗真正的类地行星(恒星性质类似太阳,行星大小、行星质量、轨道周期均与地球相似)

欧洲PLATO

中国ET (Earth-Two)

引力透镜法寻找“冷”行星

美国WFIRST

中国CSST

总结

Didier Queloz

Michel Mayor

William Borucki

  • 90年代初起,视向速度法主导并成功探测到第一颗类太阳恒星附近的行星。
  • 2009年升空的开普勒太空望远镜发现了数千颗系外行星,证实了系外行星的普遍性。
  • 未来十年左右,TESS, Gaia, WFIRST, ET等不同望远镜还将继续探测到更多不一样的行星系统。

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By Wei Zhu

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