系外行星

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系外行星的探测和研究是国际上前沿的热门领域。近年来,随着一些关键探测技术的发展、地基大型巡天项目的开展,以及空间望远镜的使用,探测到的系外行星数目有了极大的提升,已达到 5000 多颗,其中已确认的就有约 3000 颗,对现有的行星形成和演化模型提出了新的挑战。除了研究行星演化外,系外行星探测的重要目标之一是发现宜居行星,这也是目前人类最为关注的热点。系外行星的探测手段主要包括:视向速度法、掩食法、微引力透镜法、直接成像法、计时法、天体测量法这六种方法。掩食法是探测系外行星最为敏感高效的方法之一,基于掩食法获得的光变曲线,我们可以推算出如行星的半径、质量、轨道倾角、周期等重要物理信息。由于掩食法的简单高效,许多简单的地基巡天望远镜(如 TrES, OGLE, HAT, WASP 等)在搜寻掩星行星方面已获得了很大的成功。空间望远镜如 CoRoT 尤其是 Kepler 的升空,更是促进了掩星行星的搜寻和研究。

与空间望远镜相比,地基望远镜通过掩食法搜寻系外行星面临的最大挑战是测光精度不够,Kepler空间望远镜能达到30ppm的较差测光精度,而地基望远镜由于大气的闪烁效应(scintillation)只能达到~1000ppm的测光精度,因此只能探测到半径较大的气态系外行星。但是,地基望远镜在成本、探测深度等各个方面有着非常大的优势。为了提高地基望远镜的较差测光精度,Stefansson et al. (2017)等人提出了在探测器前方加扩光镜(diffuser)的方法,并在美国ARC3.5米望远镜上进行了测试,发现30分钟曝光对6等星和12等星分别达到了 60ppm和180ppm的测光精度,非常接近Kepler空间望远镜的结果。该精度使得利用地面望远镜探测类地行星成为可能。

扩光镜在美国已有商业化的产品,在1.93米望远镜的相机前加装扩光镜后预期能达到100ppm左右的测光精度,与美国今年发射的 TESS卫星的精度相当。TESS卫星是美国新一代系外行星探测项目,但对大部分目标的观测时间只有26天,因此需要大量的地面望远镜的后续观测来证实其发现的系外行星候选体。因此,加装扩光镜之后的 1.93米望远镜在系外行星特别是类地行星的探测方面大有可为。另外,由于能达到100ppm左右的测光精度,



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