学生使用NASA数据揭示其他太阳系中行星的新细节

在过去的几十年里，已知的系外行星——其他太阳系中的行星——的数量猛增。但是我们仍然对一些细节一无所知，包括它们有多大以及它们是由什么组成的。

然而，芝加哥大学的一名本科生能够从大多数科学家忽视的数据中找出一些线索。

JaredSiegel，BS'22，花了六个月的时间分析美国宇航局航天器拍摄的数据。其中一些数据充满了统计噪音，很难将行星与其他现象区分开来;但西格尔和他的顾问、天体物理学家莱斯利·罗杰斯能够提取有关这些行星的有用信息，为它们的质量设定了上限。

“随着结果的不断形成，它们变得更加令人兴奋，”今年春天毕业的西格尔说。

西格尔本科论文的研究结果已发表在《天文学杂志》上。

行星扰动

西格尔和罗杰斯正在梳理美国宇航局名为开普勒的太空望远镜的数据，该望远镜花了九年时间追踪来自遥远恒星的光中的微小光点。当行星从恒星前面经过时，可能会出现这些光点，暂时使其光线变暗。

许多科学家已经分析了这些数据，找到了超过2,600颗系外行星的证据。但西格尔和罗杰斯想知道是否有一种方法可以使用统计方法来梳理出更多的见解。

他们的方法取决于这样一个事实，即开普勒望远镜发现许多恒星周围似乎有多个行星——就像地球及其围绕太阳的姐妹行星一样。与只有一颗行星围绕一颗恒星的情况相比，这些行星的引力会稍微改变彼此的轨道。行星质量越大，这些扰动就越强。

西格尔和罗杰斯推断，他们可以利用这一事实来说明一些行星可能有多大。

“如果我们知道一个系统中有多个行星，但我们没有看到对凌日时间的大扰动，我们就知道行星不可能特别大，”西格尔解释道。“例如，我们可以说它们可能不是木星质量，因为那样它们就会以明显的方式相互拉扯。”

他们将这一逻辑应用于80个不同恒星系统中的170颗行星样本。对于其中大约50颗行星，他们能够设定行星质量的上限。

科学家们解释说，这很有帮助，因为他们可以开始排除行星是由什么构成的选项。“例如，你可以说，‘好吧，这颗行星太轻了，不能用纯铁制成，’”西格尔说。“对于超过20颗行星，我们可以说‘这颗行星太轻，无法由类地物质组成。’”

这些信息还有助于科学家更好地了解系外行星的整个种群。“我们真的很想知道在给定的质量范围内有多少行星可能是岩石行星、水世界或气体行星，”罗杰斯说。

非线性路径

科学家们说，这项研究的最大挑战是考虑数据中的噪音。

“这些恒星中的许多都非常昏暗和遥远，”西格尔解释道。“解开行星信号本身可能很困难——有大量来自恒星爆发或太阳黑子或仪器问题的噪音。也许整个系统相对于我们来说处于倾斜状态。你必须考虑到所有这些可能性帐户，所以我们花了很多时间思考数据可能会变得混乱的方式。”

这对西格尔来说是一次启发性的经历，他在大学第一年的冬天开始与学院科学家一起做研究，但当时还没有掌舵。

“我认为，尤其是作为一名本科生，总是渴望在教科书的背面找到答案。但通过这种研究，你做不到，”西格尔说。“但最终，随着这组恒星越来越明显可以帮助我们了解整个其他人口，它变得越来越令人兴奋。”

罗杰斯说：“作为顾问，看到一个学生通过非线性路径找到一个有趣的问题来解决，并最终为行星的表征做出新的贡献，这是非常令人满意的。”

西格尔现在在普林斯顿大学攻读天文学，他是美国国家科学基金会研究员。

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