天文學家首度測得系外行星的一日長度
http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1242天文學家利用歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT),首度取得一顆系外行星的自轉速率。這顆名為繪架座βb(Beta Pictoris b)的系外行星,自轉一周僅需8小時左右,換言之,它的一日長度僅有地球的1/3而已,即使是太陽系中自轉速率最快的木星(約9.9小時)都比不上它。這個最新的探測結果,將太陽系已知的質量和自轉速率關聯性向外延伸到系外行星上,如此一來,未來天文學家們便可利用利用類似的技術,藉由歐洲極大望遠鏡(European Extremely Large Telescope,E-ELT)來仔細探索系外行星。
繪架β又有編號為HD 39060、SAO 234134或HIP 27321,距離地球約63光年,亮度3.9等,以肉眼便可看見這顆恆星,是南天的繪架座中第二亮的恆星。這顆恆星最負盛名之處,其中一點就是在鄰近恆星不遠處一直延伸到離恆星約1000AU遠的範圍內,有塵埃碎屑盤環繞。(註:AU為天文單位,1AU為地球到太陽的平均距離,約相當於1億5000萬公里)
繪架βb發現於近6年前,而且在2008年成為第一顆被直接拍到影像的系外行星;它距離其母恆星僅有8AU,使得它也成為迄今為止所有直接拍到影像的系外行星中,最靠近母恆星者。
荷蘭萊登大學(Leiden University)和荷蘭太空研究所(Netherlands Institute for Space Research,SRON)的天文學家Ignas Snellen等人,利用VLT上設置的CRIRES儀器進行這項測量。它們測得繪架βb的自轉速率之快,使其赤道區以接近時速100,000公里的速度在移動,相較之下,木星赤道移動速度僅約每小時47,000公里,僅有繪架βb的一半不到,更遑論地球赤道移動速度僅每小時1674.4公里。然而,繪架βb的直徑是地球的16倍,質量則約地球的3000倍,這麼大的行星,其自轉一圈所需的時間卻僅需地球的1/3而已,著實相當驚人。目前尚不清楚為何有些行星自轉的很快,有些卻慢得多。但這個第一筆系外行星自轉速率的資料,卻清楚的顯示與太陽系各行星自轉速率和質量的關係趨勢相符,也就是說:質量愈大的行星自轉速率也愈快這個現象,也適用在系外行星上。這個現象必定是某些行星形成方式導致的必定結果,換言之,很可能是行星間的通用法則。
繪架βb僅約2000萬歲而已,甚至近期研究結果顯示可能更年輕,與地球的45億歲相較之下,真的是顆非常年輕的行星。天文學家認為,這顆行星應該會隨著時間逐漸冷卻而收縮,但如此一來,將使得這顆行星自轉得更快。另一方面,也可能有其他因素會改變這顆行星的自轉速率,例如:地球的自轉因受到地月之間的潮汐作用而逐漸變慢。
這些天文學家採用一種高色散光譜學(high-dispersion spectroscopy)的技術測得繪架βb的自轉速度。這種方式可將來自行星的光分裂成光譜中不同波長、不同顏色的單一光波,然後仔細偵測譜線的波長變化;當行星自轉時,會有一側遠離地球使譜線偏移至波長較長的紅端,反之另一側接近地球而使譜線偏移至波長較短的藍端,此為都卜勒效應,由波長偏移量的多寡便可估算出行星自轉速度。不過由於偏移量其實很小,因此必須很小心、很仔細的測量,才能獲得希冀的成果。
由於這樣的測量方式類似所謂的都卜勒成像(Doppler imaging)技術,且由於繪架βb自轉速度夠快,天文學家可以進行繪架βb全球地圖測繪,將這顆行星的雲系型態和可能存在的大型風暴系統通通呈現出來。不僅如此,這項技術也可以繼續推展應用在其他系外行星上,尤其是未來的歐洲極大望遠鏡建置完成之後,高色散光譜學成像的精密度又可再提高,可進行比繪架βb還小的系外行星的全球地圖和特徵等的工作,讓系外行星的又開啟一項新的研究領域