应用光变效应寻得“爱因斯坦行星”

在广袤无垠的太空搜索地外行星，极大的挑战性在于行星的体积小，不发光，只能反射恒星的光，过于靠近主恒星的行星失去了光泽，目前有实际效果的行星搜索技术有两种，一是径向速度搜索法，适用于搜索摇摆的恒星，二是行星经过搜索法，适用于搜索微弱光变的恒星。特拉维夫大学和哈佛-史密森尼天体物理中心（CFA）的研究人员组成了合作团队，通过采用新的行星搜索方法和以爱因斯坦的广义相对论为依据，他们发现了一颗地外行星，这颗行星有了一个响亮的名字——“爱因斯坦行星”。

哈佛-史密森尼天体物理学中心（CFA）的戴维·莱瑟姆解释说，通过新的行星搜索方法寻找十分微小而精细的光变效应，计算星体的亮度需要有高质量的检测数据，确保测量的准确率达到百万分之一。合作团队的主要成员、以色列特拉维夫大学的西姆科恩·法伊格勒解释说，NASA的开普勒太空望远镜收集了精确而详细的数据，主要采用行星经过的搜索技术，一旦一颗行星从主恒星的前方经过，恒星的亮度出现微弱的下降，从恒星周期性光度微弱变化的数据，天文学家可以推断一颗行星的圆周运动轨迹。

合作团队没有采用行星经过搜索法，而是尝试了由哈佛-史密森尼天体物理中心（CFA）的科学家阿维·勒布和他的同事、俄亥俄州立大学的斯科特·高迪在2003年共同设想的搜索方法，十分巧合，勒布和高迪在访问普林斯顿大学的高等研究院时构想了一种行星搜索的理论。爱因斯坦曾在普林斯顿大学的高等研究院从事理论物理学研究。行星绕主恒星旋转，产生了三种微小的效应，勒布和高迪称之为“爱因斯坦光变效应”，第三种行星搜索方法依照了光边效应原理，当行星朝观测者的视线方向移动时，恒星发出的光在行星引力的拖动下变得更亮；当行星在背离观测者视线的方向移动时，恒星发出的光在行星引力的拖动下变得更暗，稍微远离观测者的恒星光变得稍暗。

爱因斯坦“光度效应”有具体的表现，行星朝观测者的视线方向运动时，主恒星的光度变得稍亮，从主恒星发出的光子相互堆积，光子能量相互聚合。在相对论的引力效应作用下，恒星朝观测者的视线方向运动时，在恒星前方经过的行星产生了引力“聚光效应”，恒星变得更亮一些。特拉维夫大学的泽维·马泽泊解释说，他们第一次应用爱因斯坦的理论发现了一颗真实的行星。合作团队观测到了一颗“足球恒星”，行星的引力作用把主恒星拉成了足球形状，“足球恒星”展现了更大的可见表面，恒星的亮度稍有增加，反之，恒星的亮度稍有减弱。

当行星绕主恒星转动时产生了三种微小的效应，其中的一种效应是行星反射了恒星的光线。合作团队通过第三种行星搜索的方法发现了一颗行星，哈佛-史密森尼天体物理学中心（CFA）的莱瑟姆使用了位于亚利桑那州的惠普天文台的TRES光谱仪，从光谱仪获得的径向速度观测数据证实了行星的发现。特拉维夫大学的列佛·陶—欧尔使用了法国上普罗旺斯天文台的SOPHIE光谱仪，从光谱仪收集的类似于开普勒行星搜索器的观测数据也证实了一颗行星从主恒星的前方经过。

“爱因斯坦行星”有一个开普勒—76b的正式名称，它是一个滚热的“木星”，但直径比木星大了大约25%，质量比木星大了两倍，它绕一颗F型的恒星转动，开普勒—76b位于天鹅座，距离地球大约为2000光年，主恒星对伴随的行星开普勒—76b产生了“潮汐锁定”，行星的一面永远地朝向主恒星，月球同样受到了地球的“潮汐锁定”。开普勒—76b受到了主恒星的潮汐锁定，这颗灼热行星的温度大约为3600华氏度。

合作团队的一个有趣发现是开普勒—76b出现了一处极快速的喷射气流，喷流携带了周围的巨大热量，喷流效应造成了奇异的现象，行星开普勒—76b的最热处不在“烈日当空”的地点或“正午”时的“阳光”直射点，最热的地点发生了大约1万英里的偏移。喷射气流效应曾出现在行星HD189733b上，天文学家当时使用了斯皮策太空望远镜，进行了红外线波段的观测。合作团队对地外行星的喷射气流进行了观测，第一次从光学波段观测了地外行星的喷流现象。

在现有的观测技术条件下，新的行星搜索法不适用于对地球尺寸行星的搜索，天文学家采用了独特的方法，不同于需要高精度光谱的径向速度搜索法，不同于从观测者的视角看来需要行星和恒星排成一线、精准对齐的行星经过搜索法。哈佛-史密森尼天体物理中心（CFA）的阿维·勒布解释说，每一种行星搜索技术有优势，也有劣势，现在增加了一种搜索技术，为行星搜索活动添加了一种发现的机制。天文学家将搜索开普勒—76b的方法称为“BEER运算法则”，应用了爱因斯坦的广义相对论原理，特拉维夫大学的泽维·马泽泊教授和他的学生西姆科恩·法伊格勒共同创建了这一法则，开普勒—76b被他们称为“爱因斯坦行星”，显然是为了纪念20世纪最伟大的科学家爱因斯坦。

（编译：2021-5-15）

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