本文關(guān)鍵詞：基于CSTAR的系外行星探測(cè)及后續(xù)研究　出處：《南京大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：20世紀(jì)末,第一顆太陽系外行星的發(fā)現(xiàn),打開了天文學(xué)一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。毫無疑問,系外行星的探測(cè)與研究是近年來天文學(xué)領(lǐng)域最為熱點(diǎn)的方向之一。盡管在早年,視向速度法幾乎是唯一有效的系外行星探測(cè)方法,但是近年來測(cè)光凌星法以其高效性受到廣泛青睞。不僅如此,凌星系外行星可以提供更全面的系統(tǒng)信息,有助于更深入的了解系外行星的特點(diǎn)及形成演化過程。大視場(chǎng),高精度,長基線的連續(xù)測(cè)光觀測(cè),對(duì)探測(cè)凌星系外行星至關(guān)重要。除了耗資巨大的空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目(如耗資數(shù)十億美元,專門為探測(cè)系外行星凌星設(shè)計(jì)的Kepler空間望遠(yuǎn)鏡),南極優(yōu)質(zhì)的測(cè)光條件和漫長的極夜也為進(jìn)行連續(xù)高精度測(cè)光提供了可能。為了利用南極冰穹A優(yōu)異的天文觀測(cè)條件,中國小望遠(yuǎn)鏡陣列(the Chinese Small Telescope ARray,以下簡稱CSTAR)被安裝在南極冰穹A進(jìn)行測(cè)光觀測(cè)。CSTAR是由四個(gè)14.5cm的望遠(yuǎn)鏡組成,固定的指向南天極。在2008年極夜,CSTAR對(duì)南天極附近的20deg2內(nèi)近20,000顆星進(jìn)行了長達(dá)四個(gè)多月的連續(xù)觀測(cè)�；谶@一數(shù)據(jù),我們開展了凌星系外行星和變星探測(cè)。隨著國際上系外行星探測(cè)成果的不斷積累,系外行星研究重點(diǎn)從單純的探測(cè)向探測(cè)與刻畫并重轉(zhuǎn)變,我們也利用國內(nèi)豐富的1-m級(jí)望遠(yuǎn)鏡資源開展了凌星系外行星的后續(xù)監(jiān)測(cè)研究。本文將具體介紹基于CSTAR數(shù)據(jù)的凌星系外行星與變星探測(cè)以及對(duì)已知凌星系外行星系統(tǒng)的后續(xù)觀測(cè)研究。第一章,從系外行星的探測(cè)歷史以及主要的探測(cè)方法開始介紹,過渡到系外行星探測(cè)結(jié)果多樣性的綜述。在此過程中,可以看到系外行星領(lǐng)域那些引人入勝卻又懸而未決的問題。從而引出本文在這些問題上的努力。第二章,首先簡要介紹了CSTAR的儀器,觀測(cè),先前的數(shù)據(jù)處理狀況,隨后,詳細(xì)介紹了如何通過改正CSTAR中主要的系統(tǒng)誤差而提高測(cè)光精度的。CSTAR擁有約20 deg2的視場(chǎng),大視場(chǎng)的消光并不一定均勻,尤其是天氣情況較差的時(shí)候。如果對(duì)整個(gè)視場(chǎng)做相同的測(cè)光定標(biāo),勢(shì)必會(huì)引進(jìn)系統(tǒng)誤差。因此通過比較每一張圖像和一張由10,000張最好測(cè)光條件下得到圖像集合而成的參考圖像,獲得了每張圖像局部的消光情況,并據(jù)此對(duì)測(cè)光結(jié)果進(jìn)行了重新定標(biāo)。CSTAR是一個(gè)靜態(tài)的望遠(yuǎn)鏡,固定的指向南天極,星像在CCD上做周日運(yùn)動(dòng),不可避免的將CCD平場(chǎng)改正殘差引入測(cè)光結(jié)果。將CSTAR每一顆星與其同一周日運(yùn)動(dòng)圈上的參考星做較差測(cè)光,改正了這種誤差,大大提高了測(cè)光精度。最終,對(duì)于CSTAR最亮的不飽和星,獲得了0.4%的測(cè)光精度,完全滿足探測(cè)凌星系外行星和低幅變星的需求。第三章,介紹了基于CSTAR 2008年觀測(cè)數(shù)據(jù)的凌星行星探測(cè)與確認(rèn)工作。我們首先利用廣泛使用的Box-fitting Least Square(以下簡稱BLS)算法搜索凌星事件,之后結(jié)合光變曲線特性及主星特性,經(jīng)過細(xì)致的統(tǒng)計(jì)分析及目視檢測(cè),剔除了大量虛假信號(hào)。利用光譜和視向速度后續(xù)觀測(cè),我們最終確認(rèn)了六個(gè)可能性非常高的凌星系外行星候選體。通過澳大利亞-安古洛3.9m望遠(yuǎn)鏡獲得的高精度視向速度觀測(cè)數(shù)據(jù),這些候選體正在逐步確認(rèn)中。這是國內(nèi)首次探測(cè)到凌星系外行星候選體,也是國際上首次利用南極巡天探測(cè)到凌星系外行星候選體。第四章,介紹了基于CSTAR 2008年觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的變星探測(cè)與分類工作。結(jié)合兩類常見的變星探測(cè)手段：光變曲線變化評(píng)估(星等-彌散關(guān)系,Stetson變星指數(shù))與周期分析,在CSTAR 2008年觀測(cè)數(shù)據(jù)中,共探測(cè)到274顆變星,其中有83顆是首次發(fā)現(xiàn)。利用光變曲線特征結(jié)合其他巡天給出的恒星信息,對(duì)全部變星進(jìn)行了分類,其中108個(gè)變星首次獲得變星分類。第五章,介紹了我們啟動(dòng)的系外行星凌星后續(xù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,并細(xì)致的介紹了第一個(gè)科學(xué)成果。我們利用地基1-m級(jí)望遠(yuǎn)鏡對(duì)已知的凌星系外行星進(jìn)行后續(xù)觀測(cè),以優(yōu)化系外行星系統(tǒng)參數(shù)和凌星歷元,確認(rèn)長周期的凌星行星候選體,通過對(duì)凌星中心時(shí)刻變化(Transit Timing Variations)的分析探測(cè)已知行星周圍存在其他行星的可能性,并且利用這種方法確認(rèn)多凌星系統(tǒng)中的行星候選體,并測(cè)量他們的質(zhì)量。作為這個(gè)項(xiàng)目的第一個(gè)科學(xué)成果,我們對(duì)HAT-P-29這個(gè)典型的熱木星系統(tǒng)進(jìn)行了發(fā)現(xiàn)后的首次測(cè)光后續(xù)觀測(cè),得到了六條高精度的光變曲線,并依此優(yōu)化了系統(tǒng)參數(shù),改正了凌星歷元�；趯�(duì)凌星中心時(shí)刻的分析,利用動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬限制了HAT-P-29b周圍存在其他行星的可能性。最后,在第六章中,我總結(jié)了我博士期間的主要工作,并展望了如何利用視向速度及測(cè)光觀測(cè)來限制并進(jìn)一步理解一些系外行星領(lǐng)域長期關(guān)注的開放問題：超級(jí)地球到底是由什么組成的?熱木星到底是如何從雪線外遷移到現(xiàn)在的位置?熱木星周圍是否廣泛存在其他小質(zhì)量行星?大量熱木星公轉(zhuǎn)與主星自轉(zhuǎn)軌道不共面是如何產(chǎn)生的?太陽系缺乏短周期行星是否與木星的存在有直接關(guān)系?進(jìn)一步的,將如何把一個(gè)以今天的觀點(diǎn)看起來如此奇特的太陽系最終放到整個(gè)系外行星種群中去理解?
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P15
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本文編號(hào)：1312871