最精确的估计像太阳恒星周围的地球行星

艺术家对NASA开普勒太空望远镜的印象，发现了数千个新行星。迄今为止，利用开普勒数据进行的最新研究提供了最准确的估计，即我们应该多久发现一次类似于太阳的恒星附近的类似地球的行星。图像：美国宇航局/艾姆斯研究中心/西。Stenzel / D。罗特

一项新的研究提供了最精确的频率估计，这些频率类似于大小与地球的行星，并且距其主恒星的距离在与我们的太阳类似的恒星周围发生。知道这些潜在宜居行星的发生率，对于设计未来的天文任务，以表征能够支撑生命的类似太阳的恒星周围的岩石行星的特征而言，非常重要。描述该模型的论文发表在2019年8月14日的天文杂志上。

美国国家航空航天局（NASA）的开普勒（Kepler）太空望远镜发现了成千上万的行星。开普勒卫星（Kepler）于2009年发射，并于2018年用尽燃料时由美国宇航局（NASA）退役，观测了数十万颗恒星，并通过记录过境事件确定了太阳系外的行星（系行星）。当行星的轨道在其恒星和望远镜之间经过时，会发生过境事件，从而遮挡了恒星的某些光线，使其看起来变暗。天文学家通过测量变暗的量和两次转换之间的持续时间，并使用有关恒星性质的信息来表征行星的大小以及行星与恒星之间的距离。

“开普勒发现了具有各种大小，组成和轨道的行星，”宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授，研究团队的负责人之一埃里克·福特说。“我们希望利用这些发现来增进我们对行星形成的理解，并计划未来的任务以寻找可能适合居住的行星。但是，简单地计算给定大小或轨道距离的系外行星会产生误导，因为要找到离恒星较远的小行星比找到离恒星较近的大行星要困难得多。”

为了克服这一障碍，研究人员设计了一种新方法来推断各种尺寸和轨道距离的行星的发生率。新模型模拟了恒星和行星的“宇宙”，然后“观察”了这些模拟的宇宙，以确定开普勒在每个“宇宙”中会发现多少行星。

“我们使用开普勒确定的行星的最终目录，并使用了欧洲航天局盖亚航天器提供的改进的恒星特性来进行模拟，”宾州州立大学的研究生，论文的第一作者丹利·许（Danley Hsu）说。“通过将结果与开普勒（Kepler）分类的行星进行比较，我们表征了每颗恒星的行星速度以及其与行星大小和轨道距离的关系。我们新颖的方法使团队能够解决以前的研究中未包括的几种影响。”

这项研究的结果与规划未来的太空任务以表征潜在的类地行星特别相关。开普勒任务发现了成千上万个小行星，但由于距离太远，天文学家很难了解有关它们的组成和大气的详细信息。

福特说：“科学家特别感兴趣的是在大约太阳系恒星的“可居住区”内运行的，地球大小的行星的大气中寻找指示生命的分子标记。“宜居区域是行星可以在其表面上支撑液态水的轨道距离范围。在像太阳一样的恒星宜居带中寻找地球大小的行星上的生命证据将需要进行新的大型太空任务。”

该任务需要执行的大小取决于地球大小的行星的数量。美国国家航空航天局和美国国家科学院目前正在探索规模和能力都大不相同的任务概念。如果地球大小的行星稀少，那么距离最近的类似地球的行星会更远，因此需要进行一项雄心勃勃的大型任务，以寻找可能存在类似地球的行星上的生命证据。另一方面，如果地球大小的行星是共同的，那么地球大小的系外行星将围绕恒星运行，这些恒星靠近太阳，并且相对较小的天文台也许可以研究其大气层。

“虽然开普勒观测到的大多数恒星通常距太阳几千光年，但开普勒观测到足够多的恒星样本，我们可以进行严格的统计分析，以估算可居住星球中地球大小的行星的比率徐说。

根据他们的模拟，研究人员估计，行星的大小非常接近地球，从地球大小的四分之三到一半半，其轨道周期从237天到500天不等，大约有1分之1。四颗星。重要的是，他们的模型量化了该估计中的不确定性。他们建议未来的行星搜寻任务计划一个真实的速率，范围从每33颗恒星大约一个行星的低到每两颗恒星接近一个行星的高。

福特说：“知道我们应该多久发现一次给定大小和轨道周期的行星，对于优化系外行星的勘测和即将进行的太空任务的设计以最大程度地提高成功机会非常有帮助。”“宾夕法尼亚州立大学是将最先进的统计和计算方法应用于天文观测分析以解决此类问题的领导者。我们的网络科学学院（ICS）和天文统计中心（CASt）提供了使这些类型的项目成为可能的基础架构和支持。”

宾夕法尼亚州系外行星与宜居世界中心的成员包括从事太阳系外行星研究所有领域的教职员工。宾夕法尼亚州立大学的一个团队制造了“可居住区行星搜寻器”，该装置用于搜索冷恒星周围的低质量行星。该公司最近在Hobby-Eberly望远镜中开始了科学运作，宾夕法尼亚州立大学是该基金会的创始合伙人。宾夕法尼亚州立大学制造的第二台光谱仪在开始补充调查之前，正在接受测试，以发现和测量类似太阳的恒星周围的低质量行星的质量。这项研究对此类行星调查将发现什么做出了预测，并将有助于为解释其结果提供背景。

除福特和许氏外，研究团队还包括杨百翰大学的达林·拉戈津（Darin Ragozzine）和基尔·阿什比（Keir Ashby）。这项研究得到了美国宇航局的支持；美国国家科学基金会（NSF）；以及埃伯里科学学院，天文学和天体物理系，系外行星和宜居世界中心以及宾夕法尼亚州立大学的天文统计中心。宾夕法尼亚州立大学计算机科学学院提供了先进的计算资源和服务，其中包括由NSF资助的Cyber​​LAMP集群。

出版物：Danley C. Hsu等。FGK恒星绕行行星的发生率：结合开普勒DR25，盖亚DR2和贝叶斯推断，天文杂志（2019年）。DOI：10.3847 / 1538-3881 / ab31ab