测量系外行星质量的新方法

这张图显示了巨大的气体巨星HD 189733b非常近距离的环绕宿主恒星HD 189733。行星的大气层具有高达1000摄氏度的灼热高温。它会下玻璃雨，刮7000千米每小时的强风。

（神秘的地球）据凤凰科技（编译/严炎刘星）：美国生活科学网站报道，近日科学家们表示，测量遥远系外行星质量的新方法或许能帮助解开有关它们宜居性的关键细节。在过去的20年间，天文学家证实了太阳系外900多颗行星的存在，发现了2300多颗潜在行星。现在，除了检测这些系外行星，科学家们还想进一步分析它们，帮助解答例如它们是否宜居等问题。

了解行星质量可以帮助科学家们理解更多有关系外行星大气组成以及它的内部是多岩石还是含气体的信息。这两种因素都与每颗行星支持生命存在的能力有关。了解行星的质量也能够提供它是如何冷却，它的板块构造，它是如何产生磁场以及气体是否从大气层里逃逸的新见解，研究人员这样表示。

“从行星角度上讲，质量会对一切产生影响，”研究首席作者、美国麻省理工学院的研究人员朱丽叶·德维特（Julien de Wit）这样说道。“如果你无法获得质量的信息，那么该行星的很大一部分特性都无法确定。”然而，目前确定系外行星质量的方法非常有限。科学家们利用的主要方法是径向速度策略，该方法是寻找恒星移动的反复摇摆，后者是行星引力导致它来回摆动的迹象，行星的引力拖拽也与它的质量有关。

而问题在于径向速度策略并不适用于大多数行星，因为它们并不会明显的拖拽自身恒星。这包括质量较低的行星、距离宿主恒星较遥远的行星、位于昏暗恒星附近的行星、环绕高度活跃的恒星的行星等——行星的拖拽作用会被恒星的干扰所抵消。

现在科学家们发明了一种通过观察行星大气层以测量行星质量的策略。为了理解这一方法的工作原理，想象一颗行星的大气层会随着高度的增加而变稀薄，这和地球是一样的。这是因为行星的引力拖拽作用会随着与行星距离的增加而逐渐减弱。

由于行星引力拖拽的强度取决于自身的质量，研究人员可以通过观测行星大气层随着海拔的增加如何变稀薄从而推断出系外行星的质量。这涉及观察系外行星经过恒星前方以及恒星光透过这些行星大气层的闪耀而确定随着海拔增加而降低的大气压。这种方法的限制之一在于它只适用于具有大气层的行星，德维特补充说道。

为了测试这一名为MassSpec的方法，研究人员将它应用于名为189733b的系外行星，这个距离地球63光年的星球首次被发现于2005年。通过该方法测量出的行星质量与利用径向速度策略计算出来的数量相符合：大约为木星质量的1.15倍。

目前，MassSpec只适用于气体巨星——大小相当于木星和土星的行星，研究人员这样表示，这种方法或可以帮助确定那些宿主恒星过于活跃从而无法利用径向速度策略进行测量的气体巨星的质量。例如美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜和欧洲航天局的系外行星特征天文台（EChO）发射后，MassSpec才能够测量质量相当于地球的行星；质量相当于地球十倍的超级地球；以及质量相当于地球十倍的名为迷你海王星的气体行星。

“我们现在具有能够测量距离宿主恒星非常远的地球大小行星质量的方法，” 德维特说道。“我们显示了这一方法可以在未来十年内应用于潜在宜居的地球大小的行星上。” 德维特和他的同事萨拉·西格尔(Sara Seager)将这项研究发现发表在12月20日的期刊《科学》上。