我国学者东苏勃与合作者揭示太阳系外行星轨道

近期，由北京大学科维理 天文 与天体物理研究所东苏勃研究员和南京大学天文与空间 科学 学院谢基伟副教授共同领导的研究团队，利用中国科学院国家天文台位于河北省兴隆观测站的郭守敬望远镜（即大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜，简称LAMOST）的数据，揭示了太阳系外行星轨道形状分布的规律。该项研究成果发表在《美国国家科学院院刊》 (PNAS)上。

直到上世纪90年代，人类对行星的认识还局限在太阳系。太阳系的大行星大多运行在近圆形轨道上（偏心率平均值0.06；偏心率取值0到1之间，值越大则越加偏离圆形），而且这些行星的轨道也几乎处于同一个平面上（轨道平均相对倾角仅3度左右）。几百年前，康德和拉普拉斯受到太阳系行星近圆、共面轨道分布规律的启发，提出了行星系统在盘上诞生的学说。该学说逐步发展成当今行星形成的“标准模型”。

1995年，天文学家利用测量恒星视向速度的方法在类太阳恒星飞马座51周围发现了一颗行星，拉开了太阳系外行星研究的序幕。到21世纪初，视向速度法已发现了上百颗行星，它们大多是比地球重数百倍的类木星行星。这些类木星行星的轨道形状分布出乎人们的意料－－它们大多数运行在有较高偏心率的椭圆轨道上，平均偏心率达到0.3。这给行星形成的“标准模型”带来了挑战，成为一个长期以来困扰天文学家的谜题－－太阳系行星的近圆、共面轨道在银河系中是特殊的还是普遍的？

图一：位于河北省兴隆观测站的郭守敬望远镜

2009年升空的美国宇航局（NASA）开普勒(Kepler)卫星利用行星穿过恒星表面（即凌星）的方法发现了数千颗行星，其中很多是与地球大小相仿的类地行星。开普勒卫星的发现表明类地行星在银河系中普遍存在，掀起了太阳系外行星研究的一场革命。但是，仅通过开普勒卫星本身的凌星数据无法直接测量行星的偏心率，测量这些行星的偏心率需要其它观测手段的辅助。其中一个测量偏心率的方法是用宿主恒星半径作为“标尺”丈量行星凌星时长的分布，而实施该方法需要得到恒星的精确参数。

我国的郭守敬望远镜（LAMOST）采用独特的创新设计，能在大视场中同时观测数千天体的光谱，是世界上光谱获取能力最高的望远镜 （图一）。近几年来，LAMOST在开普勒卫星观测天区得到了数万条光谱，其中包括数百个行星的宿主恒星。通过与其它高精度方法（星震学和高分辨率光谱）的比较论证，研究团队发现，LAMOST光谱对恒星基本属性的测量结果非常可靠，达到相当高的精度。他们意识到LAMOST数据可以用来解开太阳系外行星轨道偏心率的谜题。

太阳系外行星轨道偏心率之谜的谜底是：近圆轨道在行星系统中并不特殊，太阳系外行星轨道的形状分布与太阳系内天体遵循共同的规律，因而太阳系行星系统的轨道形状分布及其形成、演化过程在银河系中很可能是相当普遍的。