摘要
天文学家认为他们发现了一颗行星，其周围有一组巨大的环，比土星周围的环大200多倍。这颗行星还很年轻，土星环的物质可能会形成卫星，我们在地球上看到了土星环的影子。我们现在正在寻找其他周围有巨大光环的行星，2017年我们可能会在Pictoris b行星周围看到光环。
通过影子寻找系外行星
天文学家通过观察一颗行星在其母恒星前面移动并阻挡部分星光几个小时，在银河系中发现了许多行星。对于木星这样大的行星，行星的直径大约是恒星直径的十分之一，行星挡住的恒星光的量大约是恒星光总量的百分之一(1%)。
由于这些新行星不是通过直接观测来探测的，而是通过它们前面移动的恒星亮度的变化来探测的，所以这些信号可以用小型望远镜来测量。2000年，David Charbonneau教授用4″直径的望远镜和电脑控制的相机发现了第一颗以这种方式探测到的行星[1］．现在世界上有许多不同的望远镜，每隔几分钟左右就会拍摄一次夜空的图像，寻找当行星经历一次超新星爆炸时发生的独特的星光下降交通(穿过)它的母星。
其中一个凌日观测天文台被称为超级黄蜂(超广角行星巡天的缩写)图1)，它使用8个非常强大的相机镜头连接到8个相机，每天晚上拍摄天空的照片[2］．更多的透镜建造和在天空中导航将更加昂贵，更少的透镜将意味着调查将花费太长时间。到2010年，超级黄蜂的相机已经收集了超过1800万颗恒星的数年数据!相机的建造者知道，其他天文学家也可以使用被阻挡的恒星光的数据来研究他们最喜欢的恒星，并观察这些恒星的活动。
- 图1 - SuperWASP相机的图片
- 信贷:http://www.superwasp.org/．
这些小型望远镜在发现许多行星方面非常成功。通过地球上的望远镜，我们可以看到300多颗行星在它们的恒星前面移动，这意味着还有更多的行星我们看不到，它们的轨道与地球和这些望远镜并不完全一致。2009年发射的太空卫星开普勒用同样的方法探测到了1000多颗行星。
但有一个问题。告诉计算机寻找行星在恒星前面移动时恒星光线的减少是很困难的，因为还有其他几个天文现象看起来与行星在恒星前面移动非常相似。这些被称为假阳性-如果两颗相互环绕的恒星碰巧挡住了彼此的光，就会出现这样的假阳性。这种组合看起来就像一颗凌日行星。
其他恒星的亮度也在变化，要么是因为它们每隔几天就会膨胀和坍缩，要么是因为它们的表面发生了明亮的爆炸，要么是因为它们从附近的另一颗恒星上吸走了恒星的物质。这些现象也会导致假阳性。由于假阳性和天空中的许多其他天文现象，建造超级黄蜂的天文学家将他们所有的数据发布到互联网上，供其他天文学家下载1为了自己的科学兴趣，我们就这样找到了J1407。
这一发现
Eric Mamajek是美国罗彻斯特大学的教授。他和他的研究生马克·佩考特(Mark Pecaut)在SuperWASP数据库中查看了大量的星光数据。埃里克和马克都是寻找非常年轻的恒星的专家，年轻恒星的两个特征是:(1)它们表面有很多看起来像黑点的星斑，而且是恒星上较冷的区域;(2)它们比老恒星旋转得更快。我们的太阳旋转一周大约需要25天，但年轻的恒星只需要2-3天。当非常年轻的恒星旋转时，它们表面的星斑在视野中进进出出，这使得它们的光水平发生了少量的变化。通过观察这些年轻恒星发出的光，埃里克和马克可以看到每次恒星旋转时亮度的微小而可重复的变化，SuperWASP数据库是寻找新恒星证据的理想场所。
他们观测的其中一颗恒星叫做J1407，他们发现这颗恒星的光数据看起来非常奇怪。这颗恒星的全称是1SWASP J140747.93-394542.6，来源于该恒星在天空中的位置坐标，但我们将其缩短为J1407。两年来，这颗恒星运转正常，每3.2天就会改变几个百分点的亮度，这表明它是一颗快速旋转的(可能是年轻的)恒星。然后，在2007年年中，这颗恒星做了一件非常不寻常的事情。在2个月的时间里，这颗恒星消失了，又变亮到正常，几乎完全消失了一周，然后在恢复正常之前逆转了这种模式图2．当这颗恒星消失时，它消失得非常非常快。一夜之间，这颗恒星发出的光减少了50%以上。是什么导致了这样的事情发生?
- 图2 - J1407在2007年4月及5月的光照数据
- 红点是测量到的恒星发出的光。我们在电脑上制作了光环的图片，然后让恒星在光环后面移动，看看从地球上看光环是什么样子。这是上图中的绿线[3.］．
埃里克几个月后给我看了星光数据，到现在为止，其他几位天文学家也在看这些数据，试图弄清楚发生了什么。我们对正在发生的事情提出了几种可能的看法——我们看到的是一场灾难吗双星系统？不，光的数据看起来太复杂了。会发生什么呢?
令人难以置信的解释
我们能想到的唯一合理的解释是，我们看到大量的小环坐落在更大的环内，比如土星周围的那些环，在我们和恒星之间移动。考虑到这颗恒星褪色和变亮的速度有多快，我们就知道了这些环的移动速度有多快，将这个速度乘以我们看到恒星闪烁的天数，我们就知道了这些环的大小——直径超过1.8亿公里!这些环会和金星绕太阳的轨道一样大。图3)．这太不可思议了。
- 图3 - J1407b周围环的最佳模型
- 绿线显示了恒星在环后移动的位置。蓝点是J1407b所在的位置，灰色环是我们没有SuperWASP相机数据的地方，不同深浅的红色是环的密度[4］．
但这些环在哪里，它们是围绕着恒星的吗?不。最简单的解释是，有一颗看不见的行星在J1407附近绕着很远的距离运行，而这些环是围绕着这颗看不见的行星运行的图4)，但这些环的直径比环绕土星的环大200多倍(总面积超过40000倍)图5) !这是怎么回事呢?
- 图4 -当你俯视行星轨道时看到的J1407系统，当我们从地球上看的时候。
- 行星J1407b围绕恒星运行，被称为J1407。这些环围绕着行星运行，行星和环都围绕着恒星运行。从地球上看，J1407b的轨道几乎是边缘的，光环挡住了恒星的光。资料来源:莱顿肯沃西。
- 图5 - J1407b周围的光环太大了，如果把它们放在土星周围，我们可以在黄昏时用肉眼和相机手机看到这些光环。
- 这里，在莱顿的天空中可以看到光环，在学院上方。资料来源:莱顿肯沃西。
几乎可以肯定，土星在其历史早期有一个更大的光环系统，但那些物质已经坍塌，形成了我们今天看到的土星卫星。天文学家以其母恒星的字母“b”来命名行星。为什么是b而不是a ?原因是恒星被认为是系统中的第一个物体，被称为“a”，所以任何发现的行星都将是“b”，“c”，“d”，等等。J1407b行星的光环最终会在其周围坍缩成卫星，在未来几百万年的某个时候，这颗行星旁边可能会有土星大小的光环。一旦我们看到我们的光数据表明在太空中有一个巨大的物体漂浮在400光年外的恒星周围，我们就用世界上最大的望远镜试图拍摄这个惊人的系统。我们知道望远镜不够强大，无法看到单个的光环，但我们认为也许我们可以看到光环中心发光的行星本身。
搜索J1407b
为了寻找J1407b，我们使用了能看到热量的相机，而不是我们肉眼看到的光。所有温暖的物体都发出热能，其波长比我们肉眼看到的光长3到4倍。我们希望从行星上看到这种“热发光”，因为行星是一个巨大的致密气体球，在形成时被加热，但光环是由许多快速冷却的小岩石组成的，所以我们无法通过这种方式探测到光环。
当我们用热探测望远镜观察时，我们没有看到恒星附近的任何东西，但这并不意味着这颗行星不存在。我们知道土星环就在那里，而你需要行星的引力才能将土星环固定在适当的位置，所以望远镜的数据告诉我们，这颗行星比我们想象的要小。即使用世界上最大的望远镜，我们也看不到很小的行星，所以我们知道J1407周围的行星最多比木星重80倍，但不会超过这个数字，否则我们就会用望远镜看到泄露秘密的热光。
这颗恒星J1407相对比较亮，可以用小型望远镜看到，所以我们邀请了来自世界各地的业余天文学家来观察这颗恒星，并给它拍照。我们现在正在等待光环再次移动到恒星前面，但我们不知道这将在什么时候发生。我们最好的估计是，它将在未来10年发生——或者明天就开始发生!最好的办法就是继续观察这颗恒星，等待它再次发生。
我们还可以在等待下一次凌日发生的同时，通过旧数据进行回溯。在数码相机成为世界各地望远镜的一部分之前，天文学家会使用照相板来拍摄天空。照相底片是一种非常薄的玻璃薄片，大约和你的头一样大，上面涂有一种特殊的光敏化学物质，当光线照射到它时，它会从透明变成黑色。在完全黑暗的情况下，将这些望远镜放入望远镜中，然后一次对准天空数小时，然后在暗室中用化学物质清洗，使这些天文物体在透明的玻璃板上呈现为黑色的斑点。在100年的时间里，人们拍摄了成千上万张夜空的照片，而哈佛天文台的一组照片——被称为DASCH项目——正在用一种特殊的扫描相机复制到一台计算机上。我们可以使用这些旧数据来搜索J1407前面的光环以前的凌日，这是我们现在仍然在检查的东西。
即将到来的年轻行星凌日
我们想知道行星什么时候会转到它的恒星前面。很巧的是，我们有一颗恒星，它的行星将在2017年在它前面移动——这颗恒星被称为Pictoris贝塔，它有一颗行星在它周围的轨道上运行，它的质量是木星的10倍左右，被称为Pictoris贝塔b。这颗行星自2010年被发现以来就被拍摄了照片。5]，我们可以看到行星的轨道将在2017年的某个时候将行星移动到恒星前面。我们不能确切地确定这种情况何时会发生，因为这颗行星旁边有一颗如此明亮的恒星，很难测量它的确切位置。
我们希望在接下来的2年里拍摄绘人卫二的照片，看看我们是否能看到在恒星前面移动的光环的影子。如果我们真的看到它发生了，这将是非常令人兴奋的，因为来自世界各地的天文学家都可以看到这颗非常明亮的恒星，所有人都可以一起收集数据。我们并没有放弃J1407——我们耐心地等待着看什么时候环开始再次在恒星前面移动，这标志着两个月环在恒星前面移动的开始。我们会看到同样的戒指图案吗?我们能弄清楚这些环是由什么材料制成的吗?我们只能等着瞧!
术语表
交通：↑当一个天体经过另一个天体前面时。
假阳性：↑一个不正确地类似于您正在寻找的现象的信号。
双星系统：↑两颗围绕彼此的引力中心运行的恒星。
利益冲突声明
作者声明，这项研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
原文参考
↑Kenworthy, m.a.，和Mamajek, E.， 2015。日蚀中巨大的日外环系统建模和J1407b的例子:系外卫星的雕刻?已800:126。doi: 10.1088 / 0004 - 637 x / 800/2/126
参考文献
[1]↑夏博诺，D.，布朗，T. M.，莱瑟姆，D. W.和市长，M. 2000。探测穿过类太阳恒星的行星凌日现象。ApJL 529:45。doi: 10.1086/312457
[２]↑巴特斯，O. W.，韦斯特，R. G.，安德森，D. R.，科利尔·卡梅隆，A.，克拉克森，W. I.，伊诺克，B.等。2010。WASP首次公开数据发布。授权520:10。0004 - 6361/201015655 doi: 10.1051 /
[3]↑van Werkhoven, t.i.m, Kenworthy, m.a, and Mamajek, E. 2015。1SWASP J140747.93−394542.6日食精细结构分析:系外卫星的提示。MNRAS 441:2845。doi: 10.1093 / mnras / stu725
[4]↑Kenworthy, m.a.，和Mamajek, E.， 2015。日蚀中巨大的日外环系统建模和J1407b的例子:系外卫星的雕刻?已800:126。doi: 10.1088 / 0004 - 637 x / 800/2/126
［5］↑拉格朗日,a m。伯内福伊，M.，肖文，G.，阿派，D.，埃伦赖希，D.，博卡莱蒂，A.等2010。这是一颗巨大的行星，位于年轻恒星绘座贝塔星的圆盘上。科学329:57。doi: 10.1126 / science.1187187
脚注
[1]↑http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/docs/SuperWASPMission.html