开普勒-90 g

Kepler-90 g的质量是如何重新计算的？

开普勒太空望远镜记录了Kepler-90 g的六次凌日。由于邻近行星h的引力，实际凌日时间与固定周期推算的时间最多相差约25小时。然而，仅凭六次凌日，很难准确确定未来的凌日时间和两颗行星的质量。研究团队把十年间34次测得的恒星运动与额外凌日资料一同分析，预报了2024年5月的凌日。地面望远镜如期观测到这次凌日，2025年的联合分析给出g的质量为地球的15.0±1.3倍。

• 6次 开普勒主要任务记录的g的凌日次数
• 最大约25小时 固定周期推算时间与实际凌日时间的差
• 34次 2011~2022年用Keck/HIRES测量的恒星运动
• 地球的15.0±1.3倍 将所有时间和速度资料一起拟合得到的g的质量

为什么只凭凌日时间难以确定质量？

如果不受其他天体干扰，行星凌日会以近乎固定的周期重复。g约每210.7天绕恒星一周，但外侧的h会从不同方向拉动它，使凌日比预定时间提前或延后。凌日时间的变化记录了两颗行星的相互引力，因此可用来测量质量。

凌日时间变化很大，并不表示质量能唯一确定。g的六次和h的三次凌日只覆盖长期变化的一小段。不同的质量、轨道形状和方向组合也能产生相似的凌日时间。2020年的分析得到g的质量很小，但预测越远离已观测时段，下一次凌日的可能时间范围就越快扩大。

凌日时间大幅变化，说明g和h会强烈拉动彼此。但要精确求出质量，还要观测恒星的运动，以及相隔多年后的新凌日。

如何通过恒星的运动测量行星质量？

凌日时间的变化显示了g和h的相互吸引。测量星光颜色的细微变化，还能知道两颗行星的引力使中心恒星朝向或远离我们运动的速度。研究团队用Keck天文台的HIRES光谱仪在2011至2022年间测量了34次。Kepler-90距离遥远，又有多颗行星共同拉动恒星，很难分开各自的影响；与凌日时间资料结合后，仍可缩小可能的质量和轨道范围。

研究团队还加入了Kepler之后由Spitzer和Swift等设备取得的额外凌日时间。综合这些资料后，他们预报了g和h未来的凌日。2024年的时间不是观测后再配合结果调整，而是事先用旧资料算出、再由实际观测验证的预测。

1. 2009~2013 年 Kepler 记录了 g 的 6 次凌日和 h 的 3 次凌日。
2. 2011~2022 年 HIRES 对中心恒星的视线速度进行了 34 次测量。
3. 预测 同时拟合凌日时间和视向速度的模型给出 g 在 2024 年 5 月的凌日时间。
4. 2024 年 5 月 多台地面望远镜在预测时段观测到 g 的凌日。
5. 2025 年 联合新凌日和额外资料，得到 g 为 15.0±1.3 地球质量、h 为 203±16 地球质量。

时隔十年的新凌日为什么重要？

并不是仅凭 2024 年的过境就测量质量。这次观测的重要性在于，它距开普勒最后一次过境超过 10 年。公转周期的微小误差，经过大约 20 次公转后，会在预期时间上产生显著差异。确认实际过境发生的时间，可以在多个轨道候选中排除不符合的，显著减少累计的时间误差。

最终的质量是结合开普勒记录的恒星亮度变化、额外过境时间、十年来测量的恒星运动以及 2024 年的地面观测计算得出的。研究团队通过统计比较大量质量与轨道组合，找出最能解释所有数据的范围。

2024年的一次凌日没有直接测出g的质量。它增加了十年以上的时间间隔；质量来自同时包含g和h凌日时间变化与中心恒星运动的联合计算。

Kepler-90 g与土星和海王星有什么不同？

g的半径约为地球的8.1±0.8倍，相当于土星半径的约86%。但质量约为地球的15倍，比海王星略轻。将这两个数值结合为球的平均值，密度约为0.15g/cm³。约为水密度的15%，约为土星的四分之一，非常低。

像这样质量相对于半径很小的行星被称为“超级蓬松行星”。g很可能拥有广阔而轻质的氢氦大气，但确切的元素比例、云层和薄雾尚未测量。高空尘埃或薄雾也可能遮挡星光，使行星的凌日半径显得比实际气体层更大。

为什么需要准确知道下一次凌日的时间？

公转周期长的行星很少从恒星前方经过。如果预测时间偏差几小时，太空望远镜就可能错过凌日。2024年的观测缩小了下一次凌日时间的不确定范围，因此可以更准确地安排g的大气观测。

行星凌日时观测穿过大气的星光，可以检验低密度是否来自广阔的氢氦大气，还是高空薄雾让行星显得更大。目前可以确定的是g的大小、质量和平均密度。页面上的颜色和云层并非观测照片，“超级蓬松行星”这一分类也不表示大气成分已被直接确认。

来源

• NASA Exoplanet Archive — Kepler-90 g Parameters
• The Astronomical Journal — Updated Masses for the Gas Giants in the Eight-Planet Kepler-90 System
• The Astrophysical Journal — Giant Transit-Timing Variations Reveal a Super-Puff
• Astronomy & Astrophysics — The Planetary System to KIC 11442793
• Astronomy & Astrophysics — Physical Properties of Giant Exoplanets within 400 Days
• NASA Science — Kepler Transit Method
• NASA Exoplanet Archive — Kepler Data Products Overview