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。