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7月23日，美國(guó)宇航局下屬的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息稱(chēng)，他們首次精確測(cè)量到一顆太陽(yáng)系外星球的大小。這是迄今為止人類(lèi)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外行星以來(lái)最精確的測(cè)量，堪稱(chēng)天文技術(shù)領(lǐng)域空前的奇跡。那么，科學(xué)家是如何精確地測(cè)量出這顆行星大小的呢？

距地球大約300光年

鑒于太陽(yáng)系擁有8大行星和眾多的小行星，因此，人類(lèi)推測(cè)宇宙中其他恒星周?chē)泊嬖谛行?。不過(guò)由于觀測(cè)技術(shù)有限，人類(lèi)從19世紀(jì)開(kāi)始，通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的眾多系外行星事后都被證明是錯(cuò)誤的，甚至在1991年發(fā)現(xiàn)的一顆系外行星也被發(fā)現(xiàn)者撤回。

人類(lèi)第一次確認(rèn)可信的系外行星是在1988年由加拿大天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，此后隨著觀測(cè)設(shè)備的進(jìn)步，人類(lèi)又發(fā)現(xiàn)了大量系外行星。其中，以開(kāi)普勒為代表的大型空間天文望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，為探測(cè)系外行星提供了巨大便利。此次美國(guó)宇航局精確測(cè)量到的這顆系外行星，就是用開(kāi)普勒天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。因此，該行星也被稱(chēng)為開(kāi)普勒-93b系外行星。

開(kāi)普勒-93b距離地球大約300光年，圍繞一顆質(zhì)量約為太陽(yáng)90%的恒星運(yùn)行，但這顆系外行星軌道距離恒星的距離非常近，只有水星到太陽(yáng)距離的1/6。這樣近的距離導(dǎo)致開(kāi)普勒-93b的地表溫度高達(dá)760攝氏度，這么高的溫度意味著該行星不會(huì)有生命存在。不過(guò)，任何事情都有正反兩面性，開(kāi)普勒-93b軌道距離環(huán)繞恒星的距離很小，這就為精確測(cè)量到它的大小帶來(lái)了有利條件。

兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡同時(shí)測(cè)量

此次能夠精確測(cè)量到開(kāi)普勒-93b的大小，完全得益于美國(guó)宇航局使用的可見(jiàn)光波段的開(kāi)普勒和紅外波段的斯皮策空間天文望遠(yuǎn)鏡的聯(lián)合測(cè)量。

為了能夠精確測(cè)量到開(kāi)普勒-93b，開(kāi)普勒和斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了開(kāi)普勒-93b凌日現(xiàn)象帶來(lái)的恒星光度變化。同時(shí)，開(kāi)普勒還持續(xù)觀測(cè)了該行星所在星系的恒星地震波引起的亮度變暗現(xiàn)象。

此外，斯皮策望遠(yuǎn)鏡利用紅外波段的觀察也為該恒星光度變化收集了大量數(shù)據(jù)。美國(guó)宇航局的工作人員通過(guò)開(kāi)普勒和斯皮策空間天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，收窄了對(duì)該恒星直徑的判斷，從而為精確測(cè)量開(kāi)普勒-93b的直徑提供了“標(biāo)尺”。

另外，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家通過(guò)開(kāi)普勒和斯皮策空間天文望遠(yuǎn)鏡在2010~2011年間觀測(cè)到該行星的7次凌日現(xiàn)象，最終測(cè)算出開(kāi)普勒-93b的直徑約18800公里。其測(cè)量誤差只有240公里，人類(lèi)獲得如此精確的系外行星直徑數(shù)據(jù)還是第一次。 

可能有人認(rèn)為，240公里的誤差很大，但這對(duì)于測(cè)量300光年外的系外行星來(lái)說(shuō)已經(jīng)非常精確。這相當(dāng)于在地球測(cè)量木星上站著一個(gè)1.83米高的人時(shí)，測(cè)量精度達(dá)到1.9厘米一樣。因此，通過(guò)對(duì)開(kāi)普勒-93b直徑的精確測(cè)量，為今后更精確地測(cè)量其他系外行星提供一個(gè)良好開(kāi)端。

為精確測(cè)量其他行星奠定基礎(chǔ)

地球赤道直徑12756公里，兩極直徑12715公里，兩者距離相差41公里，這說(shuō)明地球是一個(gè)很接近完美球體的橢球體。

開(kāi)普勒-93b距離所環(huán)繞的恒星很近，在恒星巨大的引力作用下該行星今后出現(xiàn)更大的變形也不足為奇。除非未來(lái)發(fā)明更有效的方法或是使用更先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡，可以區(qū)分行星赤道直徑和兩極直徑的不同，否則更精確的開(kāi)普勒-93b直徑測(cè)量數(shù)據(jù)在科學(xué)研究上的價(jià)值并不明顯。

根據(jù)精確測(cè)量到的開(kāi)普勒-93b直徑，結(jié)合美國(guó)安裝在夏威夷凱克天文臺(tái)的巨型天文望遠(yuǎn)鏡測(cè)量到的系外行星質(zhì)量，我們對(duì)開(kāi)普勒-93b有了更充分的了解。目前的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，開(kāi)普勒-93b的最大質(zhì)量約為地球質(zhì)量的3.8倍，這意味著它的平均密度比地球要大。因此，該系外行星很可能擁有和地球類(lèi)似的鐵質(zhì)核心和地幔。

目前，人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的系外行星。截至2014年3月，人類(lèi)利用各種天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2000多顆系外行星。不過(guò)，除了少數(shù)像開(kāi)普勒-93b這樣的類(lèi)地行星外，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)都是直徑較大的巨型氣體行星，它們大多數(shù)都處在極為靠近恒星的軌道上運(yùn)行。

通過(guò)精確測(cè)量開(kāi)普勒-93b發(fā)展出來(lái)的新測(cè)量方法，人類(lèi)今后將完全可以對(duì)更多的系外行星進(jìn)行精確測(cè)量，這必將大大擴(kuò)展人類(lèi)對(duì)系外行星的了解和認(rèn)識(shí)。(張雪松)