公民科學家在大約379光年外發現一顆不太熱的木星大小系外行星

由美國加州理工學院的行星天文學家保羅·達爾巴（Paul Dalba）博士領導的一隊研究小組公佈研究結果，即在距離天龍座方向約379光年的地方發現一顆系外行星TOI-2180 b。不僅是專業的天文學家，還有正在分析美國太空總署凌日系外行星巡天衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite）觀測數據的公民科學家，在TOI-2180 b的發現中大有貢獻。

據研究小組介紹，TOI-2180 b的質量約為木星的2.8倍，直徑與木星幾乎相同，還有一顆比太陽稍大的恆星TOI-2180（質量是太陽的1.01倍，估計公轉一周需時260.8地球日）。軌道半長軸約0.828天文單位（地球到太陽距離的約83%，軌道偏心率約0.37），平均地表溫度估計約攝氏170度. TOI-2180 b的平均密度高於木星，根據電腦模型分析，重元素（比氫和氦重的元素）的總質量相當於10個地球（約木星質量的三分之一) 。這比我們估計的木星內部的重元素要多得多。

達爾巴注意到TOI-2180 b存是來2010年以來擔任公民科學家。湯·雅各（Tom Jacobs），一位前美國海軍軍官。雅各參加由幾位公民科學家和兩位資深天文學家組成的視覺調查小組，並使用由公民科學家艾倫·施密特（Allan Schmitt）開發的名為LcTools的程式給凌日系外行星巡天衛星。我正在檢查觀測數據。凌日系外行星巡天衛星是2018年4月發射的太空望遠鏡，主要用於探測系外行星。大多數係外行星無法直接觀察到，但凌日系外行星巡天衛星使用掩星觀察中的「凌日法」捕捉當行星在恆星前方發生一種稱為「凌日」現象時恆星的亮度如何變暗。我用它來間接探測到系外行星的存在。

2020年2月1日正在檢查凌日系外行星巡天衛星觀測數據的雅各說，TOI-2180的亮度在2019年12月為0。我注意到它光度有時暗了5%，然後在大約24小時後恢復到原來的亮度。雅各注意到的亮度變化也可能是系外行星凌日造成的，因此視覺調查組立即將檢測到的變暗傳達給新墨西哥大學的助理教授達爾巴和戴安娜·德戈米（Diana Dragomir）。

然而凌日系外行星巡天衛星只觀察到一次TOI-2180的亮度變化。凌日系外行星巡天衛星專注於每個天區的觀測大約一個月，每個觀測天區是24度x96度的區域，在整個天空中劃分為26個觀測天區。因此，如果系外行星的軌道周期短於每個觀測天區的觀測週期，則有可能檢測到多次凌日，但如果軌道周期長於觀測週期，則只能檢測到一次凌日（取決於時間）。它甚至無法檢測到。

達爾巴說：「根據經驗，你需要檢測三次凌日，然後才能相信你找到一顆系外行星，通過檢測多個凌日來消除誤報的可能性是理想的。因此，達爾巴等人通過另一種稱為徑向速度法（Doppler shift method）的方法確認TOI-2180 b 的存在。研究小組在加州的利克天文台（Lick Observatory）和夏威夷的凱克天文台（W. M. Keck Observatory）總共進行了27小時的觀測，歷時500多天，隨著地球的自轉微微搖晃一圈，我們成功估算出了質量和公轉TOI-2180 b的運動軌跡。

該團隊想在行星返回確認軌道時，再次觀測行星的凌日現象，但是卻偵測不到。由於缺乏明確的觀測重複性，因此為軌道的長度設定界限，估算周期大約為261天。

美國太空總署表示，根據這個估計，他們預測凌日系外行星巡天衛星將在2022年2月再次看到這顆行星在它的母恆星前面經過。

【圖：美國太空總署；文：節譯自太空網頁】研究全文刊登在2022年1月13日出版的《天體物理學報》；標題是：The TESS-Keck Survey. VIII. Confirmation of a Transiting Giant Planet on an Eccentric 261 Day Orbit with the Automated Planet Finder Telescope