核心提示

7月23日，美國宇航局下屬的噴氣推進實驗室發(fā)布消息稱，他們首次精確測量到一顆太陽系外星球的大小。這是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)太陽系外行星以來最精確的測量，堪稱天文技術(shù)領(lǐng)域空前的奇跡。那么，科學(xué)家是如何精確地測量出這顆行星大小的呢？

距地球大約300光年

鑒于太陽系擁有8大行星和眾多的小行星，因此，人類推測宇宙中其他恒星周圍也存在行星。不過由于觀測技術(shù)有限，人類從19世紀開始，通過天文望遠鏡陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的眾多系外行星事后都被證明是錯誤的，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。

人類第一次確認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，此后隨著觀測設(shè)備的進步，人類又發(fā)現(xiàn)了大量系外行星。其中，以開普勒為代表的大型空間天文望遠鏡的出現(xiàn)，為探測系外行星提供了巨大便利。此次美國宇航局精確測量到的這顆系外行星，就是用開普勒天文望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。因此，該行星也被稱為開普勒-93b系外行星。

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

兩臺望遠鏡同時測量

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

為了能夠精確測量到開普勒-93b，開普勒和斯皮策空間望遠鏡觀測了開普勒-93b凌日現(xiàn)象帶來的恒星光度變化。同時，開普勒還持續(xù)觀測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)。美國宇航局的工作人員通過開普勒和斯皮策空間天文望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)，收窄了對該恒星直徑的判斷，從而為精確測量開普勒-93b的直徑提供了“標尺”。

另外，美國宇航局噴氣推進實驗室的科學(xué)家通過開普勒和斯皮策空間天文望遠鏡在2010~2011年間觀測到該行星的7次凌日現(xiàn)象，最終測算出開普勒-93b的直徑約18800公里。其測量誤差只有240公里，人類獲得如此精確的系外行星直徑數(shù)據(jù)還是第一次。 

可能有人認為，240公里的誤差很大，但這對于測量300光年外的系外行星來說已經(jīng)非常精確。這相當(dāng)于在地球測量木星上站著一個1.83米高的人時，測量精度達到1.9厘米一樣。因此，通過對開普勒-93b直徑的精確測量，為今后更精確地測量其他系外行星提供一個良好開端。

為精確測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，這說明地球是一個很接近完美球體的橢球體。

開普勒-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。除非未來發(fā)明更有效的方法或是使用更先進的天文望遠鏡，可以區(qū)分行星赤道直徑和兩極直徑的不同，否則更精確的開普勒-93b直徑測量數(shù)據(jù)在科學(xué)研究上的價值并不明顯。

根據(jù)精確測量到的開普勒-93b直徑，結(jié)合美國安裝在夏威夷凱克天文臺的巨型天文望遠鏡測量到的系外行星質(zhì)量，我們對開普勒-93b有了更充分的了解。目前的觀測數(shù)據(jù)顯示，開普勒-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似的鐵質(zhì)核心和地幔。

目前，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量的系外行星。截至2014年3月，人類利用各種天文望遠鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2000多顆系外行星。不過，除了少數(shù)像開普勒-93b這樣的類地行星外，人類發(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行。

通過精確測量開普勒-93b發(fā)展出來的新測量方法，人類今后將完全可以對更多的系外行星進行精確測量，這必將大大擴展人類對系外行星的了解和認識。(張雪松)