凌食系外行星系统

自1995年第一颗环绕类太阳恒星运行的太阳系外行星被发现之后,随着地面与空间太阳系外行星搜寻项目的不断开展,目前已有超过4500颗太阳系外行星被人类发现。此外,Kepler空间搜寻项目借助凌食事件法还探测到了4400多颗待证认的太阳系外行星侯选体。对于太阳系外行星系统的研究可以帮助人类认识太阳系自身的形成与演化,同时还可以在太阳系外行星系统内搜寻处于宜居带的类地行星以及系外生命。因而在短短的数十年内,太阳系外行星的研究已经成为天体物理学一个重要的研究领域。

凌食系外行星系统作为太阳系外行星系统中独特的一类,系统中的凌食行星周期性地凌食宿主恒星,即所谓的凌食事件。对凌食事件进行观测可以精确获得行星半径与轨道倾角,从而消除视向速度测量中行星质量与轨道倾角间的简并,进而获得准确的行星质量。此外,凌食系外行星系统还具有以下几点重要的科学价值:(1)对于存在大气层的凌食行星,恒星凌食期间的分光观测可以揭示该行星大气对恒星谱线的吸收或散射。(2)由凌食事件引起的宿主恒星视向速度的异常可以用来测量恒星自转轴与轨道平面间的夹角。(3)凌星期间的高精度测光观测也可以让我们绘制出磁活动宿主恒星的黑子分布,进而对行星掩食恒星黑子信号的分析来限制宿主恒星的较差自转,为晚型恒星的发电机研究提供限制。(4)凌食行星也可能被宿主恒星掩食,从而允许对行星的反射光或热辐射进行测量,通过对这些观测结果的分析可以获得行星反照率,以及限制行星借助旋转或大气环流进行热量传导的效率。(5)凌食行星的相互遮挡将揭示它们的三维轨道构型。(6)此外,凌食行星的凌星时间变化(TTV)还可能会暴露系统中其他(不可见)行星的存在。对凌食系外行星系统进行测光与分光观测,既可以获得基本的物理参数,为研究系外行星的结构、形成和动力学演化提供非常重要的基石,同时这些观测也成为探测宜居带的类地行星及系外生命的重要手段。


(孙磊磊)