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科學家能預測一個系統是否會有巨行星嗎﹖
預測是科學努力的標誌之一。科學家為能夠根據輸入預測物理現實而自豪。因此﹐聖母大學的一組科學家開發了一種理論﹐可以用來預測系外行星系統邊緣存在巨大行星。該理論基於合成兩個數據集﹐儘管它們是通過尋找相同的東西而創建的﹐但以非常不同的方式進行。系外行星搜索者使用凌日和徑向速度測量的搜索方法來尋找行星。
凌日計算的是一顆行星從它面前經過時恆星亮度的下降。使用凌日的望遠鏡﹐如開普勒﹐特別擅長於尋找系外行星系統「內部」快速移動的行星﹐通常是因為這些行星在恆星前面快速移動﹐可能會在觀測窗口中多次在主恆星前面移動。然而﹐他們不太擅長捕捉可能存在於1 AU以外的長週期行星﹐此距離相當於木星﹑土星和外太陽系其他部分的系外行星。
徑向速度(RV)測量的來源。像W.M .凱克天文台這樣的望遠鏡﹐在那裡進行了一些最高保真度的RV測量﹐在探測那些較大的系外行星方面要好得多﹐因為它們對它們的恆星有更大的影響。RV測量計算當受到圍繞恆星運動的系外行星的影響時﹐恆星抖動的程度。該系外行星不一定要移動到恆星前面﹐這種方法才能奏效。事實上﹐如果它直接移動到恆星和地球之間﹐那麼該方法就根本不起作用。但是﹐如果它將恆星拉向一側﹐作為其橢圓軌道的一部分﹐凱克和其他類似的望遠鏡可以計算到行星的距離﹐以及它的預期質量﹐所有這些都來自宿主恆星的移動量。
直到最近﹐凌日系外行星調查的數據集和使用RV的數據集是分開的﹐這在天文學家對這兩種方法如何讀取同一系統的理解上留下了明顯的差距。因此聖母大學的研究人員開發了開普勒巨行星調查﹐該調查結合了開普勒和凱克的數據﹐分析了63個不同的系外行星系統。這些系統中的大多數行星最初是通過凌日發現的﹐但樣本系統中的177顆行星中約有20顆是通過RV發現的。通過他們的綜合數據集﹐研究人員觀察了潛在的指示標記﹐這些標記可能表明系外行星系統在更遠處有一顆巨大的行星。最明顯的地方﹐比如有多少內行星﹐這些行星有多大﹐並沒有產生很多結果。內行星的數量和大小與系統中任何外行星的存在沒有明顯的關聯。
然而﹐與一個不太為人所知的系外行星指標有著統計上的顯著相關性。基本上﹐間隙複雜性衡量了行星軌道之間的空間在不同行星之間的差異。具有低間隙複雜性系統將具有非常均勻間隔的行星﹐而具有高間隙複雜性的系統將具有隨機間隔的行星。研究人員發現﹐更高的間隙複雜性顯著增加了一個系統在其外太陽系中擁有一顆巨大行星的可能性﹐這種行星可以通過RV方法找到﹐但不能通過凌日找到。
這種方法的一個缺點是要真正計算內部系統的間隙複雜性﹐他們只需分析有三個內部行星的系統(因此軌道之間至少有兩個「間隙」)。這將63個系統樣本中具有此功能的系統總數限制為4個。然而﹐他們還發現﹐如果你將氣體巨人納入複雜性計算﹐至少對於內太陽系中只有兩顆行星的系統來說﹐同樣的邏輯也適用於間隙複雜性。
統計顯著性的確是證明科學理論的黃金標準﹐但是四個樣本的總量絕對可以改進。因此﹐隨著越來越多的系外行星系統被發現﹐將有更多的機會來證明這一理論﹐並開始瞭解巨型行星的形成對系外行星系統形成的影響。
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