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系外行星的魅力 — 奇幻的系外行星世界及她們的命名

2021/3/18 — 15:59

為什麼天文學家會對這個「天外有天」的外太空世界如此著迷呢?

為什麼天文學家會對這個「天外有天」的外太空世界如此著迷呢?

太陽系的行星世界中,現時有八大行星環繞太陽運行。根據觀測研究,每顆發光星體,理論上均有繞其運行的行星,而「系外行星」是指太陽系以外,環繞其他恆星運行的行星,主要可分兩大類:「類地系外行星」和「類木系外行星」。

「類地系外行星」和地球有相似之處,由表面岩石和固態物質組成,質量一般為地球5倍以下。這類行星體型較小,現時偵測技術不容易發現,至今確認行星數量較少。「類木系外行星」則與木星相似,表面不是由岩石和固態物質組成,擁有濃厚的氫氦大氣,質量是地球10倍以上。這類行星與木星一樣是氣體巨行星,擁有龐大的身形,較易被發現,至今確認的系外行星大多數是這類。 

國際天文聯會香港天文推廣聯絡員梁淦章認為,天文學既是最古老,同時又是最先進的學科。

國際天文聯會香港天文推廣聯絡員梁淦章認為,天文學既是最古老,同時又是最先進的學科。

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1992年,人類發現及確認第一顆系外行星,隨後由於偵測技術不斷改良,發現系外行星的數量平穩上升。2014年,被確認行星數量卻突然暴增,梁淦章解釋原因:「天文學家運用了『凌日法』作為探測方法,以克卜勒太空望遠鏡 (Kepler Space Telescope)作為偵測工具,使長期以來部分已被發現但未能被確認的行星,一下子得到有力認證,以致被發現的系外行星數量飆升。」截至2019年8月為止,已確認系外行星數量已有4031顆,今天已超過這數目。

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「凌日法」是尋找系外行星五種主要方法之一,這些方法分別是:徑向速度法、凌日法、直接攝像法、微引力透鏡法,以及天體測量法。凌日法(Transit)又稱為凌星法,以此法發現的系外行星數量最多。梁淦章說明原因:「凌日法是用發射上太空的望遠鏡觀測,其他方法只能靠從地面觀測。」地面測量受大氣等等因素影響,效率及效果未必理想。比較這些方法後,梁淦章笑說:「最可憐的是天體測量法(只發現了一顆行星),費時失事,效果不彰。」

國際天文聯會香港天文推廣聯絡員梁淦章介紹系外行星世界。

國際天文聯會香港天文推廣聯絡員梁淦章介紹系外行星世界。

每顆系外行星都有其運行軌道,所以觀察恆星時,如果當時剛好有系外行星從該恆星前面通過,就會出現遮蔽恆星的光,令其亮度稍微降低的現象,稱為「凌日」,透過計算變暗的程度及時間等條件,就可以推算出行星的大小。凌日法成效顯著,有賴克卜勒太空望遠鏡,它的組件包含面積龐大的影像感應器,以讀取光度,有效協助天文學家推算出系外行星。

十多年前,美國太空總署發射克卜勒太空望遠鏡上太空,它以類似地球環繞太陽的軌道運行,但鏡頭永遠指向天鵝座,專門觀察這天區的系外行星,服役期間曾發現幾千顆系外行星,數年前克卜勒太空望遠鏡正式退役,由凌日系外行星巡天衛星接任。這衛星簡稱TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite),環繞地球運行,同樣利用凌日法工作,但與克卜勒太空望遠鏡工作方式不同,TESS並非指向固定天區,而是以巡天方式收集資訊,掃瞄不同天區,覆蓋南天和北天,屬全天區掃瞄,每隔二十多天完成巡測掃瞄一遍。克卜勒太空望遠鏡主要作深入觀測,可以偵測出亮度非常低的星體;TESS作大規模巡天搜查,只觀測亮度高的星體。兩者各有所長,以不同方式協助天文學家發現系外行星。

克卜勒太空望遠鏡 (Kepler Space Telescope) 模型。

克卜勒太空望遠鏡 (Kepler Space Telescope) 模型。

天文望遠鏡的口徑愈大,收集光線的能力愈強,可以見到更多暗淡的星星。

天文望遠鏡的口徑愈大,收集光線的能力愈強,可以見到更多暗淡的星星。

尋找系外行星是天文學界追趕的熱潮。現時相機影像感應器的靈敏度高,配合電腦軟件協助分析數據,即使是業餘天文愛好者,不必利用大級數天文望遠鏡,只要在適合環境下,也可自行觀測這些系外行星,梁淦章說:「只要夠勤力,拍攝得到光暗變化,輸入電腦就能得出一些數據。」他補充:「當然這只能是候選,要進一步證實則需運用天文台儀器了。」梁淦章鑽研天文學超過40年,這位前香港天文學會會長微笑說:「人類是否這宇宙的唯一?這是哲理問題。發現系外行星顯現出與地球相似的岩石表面,有大氣層,甚至有適宜生物生長的環境,一般市民大眾都會覺得這題目十分有趣。」

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