[討論] 對於Kelper-452b的一點淺薄概念

看板sky作者MOAI (在～！升～！半個KEY！！)時間9年前 (2015/07/24 16:41)推噓8(8推 0噓 8→)

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小弟我對這則新聞滿有興趣的私自以淺薄的物理概念推測了一些觀測此星球的理論因為是想寫給沒有特別理工背景的人閱讀的所以很多東西都簡化再簡化想要野人獻曝請教版上的大大指導與指教告訴我那些觀念是正確的那些需要修正改進謝謝目前我們對這顆星球的簡單的了解如下 Kelper-452b 距離地球約1400光年處(94,608,00,000,000公里) 繞日公轉週期: 385天(環繞恆星Kelper-452一周所需時間) 繞日公轉平均半徑: 1.05 AU (1AU為地球繞太陽之平均半徑 150,000,000公里) 其環繞恆星表面溫度:約6000K 與太陽相似我們沒有溫度計，皮尺，天秤等工具協助測量這顆星球，要怎麼得到這些結果呢? 首先我想從發現這顆不發光的行星講起，在夜裡抬頭仰望滿天繁星，除了月亮以及水金火木土等太陽系行星之外，所有的可見閃爍星體，全都是自己會發光的恆星，也就是類似太陽這樣溫度爆高，猛烈燃燒核反應的星球。我們可以看到月亮火星是因為它們反射太陽光讓我們看到，也就是在摸黑的房間中你看不到偷偷淺進來的小偷，但如果你拿手電筒照往他的方向，既使小偷不會發光你也會馬上發現尖叫。既然幾乎所有看的到的星星都在燃燒，我們要怎麼去找一個類似地球環繞太陽並且適合生物居住的星球呢? 如果你在書桌前利用桌燈念書，這時候有一隻蚊子悠然飛過你與桌燈之間，此時因為蚊子的遮擋，桌燈的亮度會出現些微的變化，我們可以利用桌燈光度的變化，與持續的時間，推算出蚊子的大小與飛行速度。同樣的道理當一顆發光的恆星前面繞過一個不發光的星體，我們就可以藉此推算出行星的大小與公轉週期。其發生的原因就跟觀察日全蝕一樣。 2009年升空的克卜勒太空望遠鏡就是專門在觀察宇宙中眾多的恆星並檢視是否有發生光度變化的情況，由於這種光度變化極為細小，將望遠鏡放在太空中可以減少大氣層繞動與雲層造成的干擾。在搜尋上千顆恆星之後我們終於找到一顆公轉半徑適中，太陽溫度適中的系統也就是Kelper-452系統，太陽表面如果溫度太高，行星如果距離太陽太近，則該行星表面溫度就會太高並且使所有的水都蒸發成水蒸氣 (就像離太陽最近的水星一樣，名子聽起來很美，實際表面溫度可達攝氏430度，被太陽烤得又乾又焦，一點也不水)，反之則所有的水都會凝結成冰，兩者皆不利於人類居住。那怎麼知道行星繞日的半徑呢? 我們可以由克卜勒行星第三運動定律得知(註一)，對於以萬有引力繞行星體作圓周運動的物體，其半徑立方與週期平方的比值為一常數。我們之前在觀察恆星變暗時就已經可以推算出行星繞日週期，若加上恆星質量(註二)，即可計算出行星繞日半徑。接著我想討論該星離地球的距離，由哈伯定律(註三)我們知道，在宇宙中，離我們越遠的星球，會以越快的速度離我們遠去，再利用都卜勒效應(註四)得知，如果發光的物體正在遠離我們，我們看到的光會有紅移的現象，紅移的越多代表遠離我們的速度越快。組合以上兩個定律，我們就可以得到該星球到底距離我們多遠。科學家發現這個系統的太陽與我們的太陽溫度差不多，也有顆距離跟地球到太陽距離差不多的行星，表示星球上的溫度應該與地球差異不大，並且利用我們對於行星誕生的經驗，推測該星應該是有固態的地表，而不是像土星或木星是氣態的星球(註五)。種種原因都告訴我們他是個適合地球人類生活的好地方，投資客可以先進場了。作為一個三分鐘熱度天文愛好者，我相信浩瀚的宇宙中類似條件的星球鐵定不只幾百萬個，只是等待著人類去探索發現，而上面會不會有生命，會不會發展出高科技，高科技能不能高到有能力做星際旅行甚至星球移民攻打地球那又是另外一個層次的問題了。就我個人推斷人類在發展出有能力移民其他星球的科技之前，應該早就耗盡地球資源，或是因為氣候變遷滅亡了，畢竟科學家的智慧有其極限，而人類的愚蠢與貪婪則無。註一:我不想用太複雜的公式去討論克卜勒行星第三運動定律，簡單的說明，在田徑場上，你看到鏈球比賽，鐵鍊一端是鉛球，另一端是選手的手拉著他轉，這時候手的拉力就是此鉛球作圓周運動的向心力，如果要讓球轉的越快，拉力必須要越大。但是就以萬有引力作為向心力的星球來說，在相同的距離下，兩星體間的萬有引力是定值，也就是說在相同的距離下，行星繞恆星的速度會相同，也就是繞一圈所需的時間相同，也就是公轉週期相同。若是行星距離恆星越遠，則週期也越慢。 (這也是冥王星繞太陽一周需要247年的原因)。如果硬要講到公式，即為: 萬有引力公式 F=GMm/R^2 G為萬有引力常數 R為公轉半徑圓周運動向心加速度公式 a=4π^2R/T 根據牛頓第二運動定律 F=ma 我們可以推得GMm/R^2 = 4π^2R/T 整理後可得R^3/T^2=4π^2/GM 因為π與G皆為常數，可得繞同一恆星公轉之所有物體，半徑立方與週期平方的比值為一定值。註二:其實我不知道怎麼推算出恆星質量的，只能猜測是由表面溫度與體積去計算，對於表面溫度其實很簡單，我們知道所有有溫度的物體都會發出電磁波，且溫度越高，發射出的電磁波能量也越強。簡單的說，火焰為什麼有藍色紅色黃色之分，也是因為火焰本身的溫度不同，所發出的電磁波長得不一樣，在可見光的範圍內看起來顏色也不一樣，我們可以藉由研究恆星的光譜得到該星球表面溫度。註三:哈伯定律是個很有趣的理論，宇宙中所有的物質原本都存在於一個小點，在經歷所謂大霹靂之後開始爆炸向四面八方擴大，你可以想像我們的宇宙是一個超級瑪莉，超級瑪莉的胸口吊帶褲有左右兩個鈕扣，它們之間的距離是5公分，而鈕扣距離皮帶的距離則是20公分。有一天超級瑪莉吃了長大香菇，在一秒鐘內變大100倍，兩個鈕扣在空間中的相對位置其實是不變的，但是因為整個空間在放大所以兩個鈕扣產生了相對分離的速度。我們對於速度的定義是位移除以時間，原本相距5公分後來變成5公尺，就是在一秒鐘內遠離了495公分/秒。而對於鈕釦與皮帶之間，則是在1秒的時間內從相距20公分變成2000公分，遠離的速度為(2000-20)/1=1980公分/秒。由這樣的經驗我們可以知道在膨脹中的空間裡，若兩點間相距的距離越大，則其分離的速度也會越大，這就是有趣的哈伯定律。我們抬頭仰望繁星，卻發現所有的星體都在離我們遠去，這也就是宇宙正在膨脹的有力證據，至於為何知道星球都在離我們遠去，請參閱註四。註四:都卜勒效應也是一個有趣的理論，課本裡最常用的範例是救護車，你可以聽到當救護車高速向你奔馳而來時，鳴笛的聲音會變得尖銳高亢，而呼嘯過你身邊之後，鳴笛聲又突然變得低沉厚重。這是因為當發出波的波原與觀察者之間，若具有相對的運動，則觀察者感受到的頻率會有變化，頻率變化在聲波的表現上就是音調的高低，在可見光的表現上就是顏色的不同，紅橙黃綠藍碇紫，紅光頻率低，紫光頻率高。我們可以這樣想，若是在尼斯湖中，水怪拍打著水面，每秒打一下，形成了一道一道的波浪，每道浪的浪頭間距為一公尺，我們就可以說這道浪為一週期波，頻率為1次每秒，波長為一公尺。若是我在湖中的一艘靜止小船上，我感受到的就是每秒上下震動一次，也就是頻率為一秒。但若我以每秒三公尺的速度向水怪狂奔而去，我除了必須吃到原本在原地應該吃到的浪，還必續額外吃到我因為前進三公尺所吃到的另外三個浪頭。也就是我在一秒鐘吃到了4個浪，也就是我的體感頻率變成了4次每秒，這種因為觀察者與波原之間的相對運動產生的頻率變化，就稱為都卜勒效應。若兩者在接近當中，則頻率增加，我們稱為藍移，若兩物體間在遠離，我們稱為紅移，我們觀察到的所有星體都屬於紅移，代表所有的星體都在離我們遠去。至於甚麼是光譜，這又要牽扯到給定溫度的物體發射出的光譜為固定，譬如說你知道西瓜是綠皮的，結果你看到一顆西瓜是紅色的皮，代表他發出的光有鬼，向紅色移動了他就是在離你遠去，相對的如果你看到一個藍色的香蕉，你最好快點躲開。註五:我們觀察各種星系的經驗發現，距離恆星越近的行星，表面多半為固體，以太陽系來說，類地行星包括(水金地火)，表面都是有陸地的，可以讓我們登陸，而在外圍的類木行星，則行星表面多半為氣態，想登陸可能會一腳踩進空氣而墬入無底深淵。成因就要討論到星系誕生之初，在距離恆星比較近的物體可能密度或其他特性的關係，進而較容易形成固態星球。我不是讀物理系，大學念了六年才以全班最後一名成績畢業，以上的討論純屬個人推論，內容可能錯誤可笑，如果您有忍住笑意慢慢看完，我非常感謝您耐心與支持，希望大大給予內容建議與指教，謝謝。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.32.100.17 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/sky/M.1437727289.A.A27.html

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ccc73123

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shyily

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