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

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【摘要】：20世紀末,第一顆太陽系外行星的發(fā)現(xiàn),打開了天文學一個全新的研究領域。毫無疑問,系外行星的探測與研究是近年來天文學領域最為熱點的方向之一。盡管在早年,視向速度法幾乎是唯一有效的系外行星探測方法,但是近年來測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及形成演化過程。大視場,高精度,長基線的連續(xù)測光觀測,對探測凌星系外行星至關重要。除了耗資巨大的空間望遠鏡項目(如耗資數(shù)十億美元,專門為探測系外行星凌星設計的Kepler空間望遠鏡),南極優(yōu)質的測光條件和漫長的極夜也為進行連續(xù)高精度測光提供了可能。為了利用南極冰穹A優(yōu)異的天文觀測條件,中國小望遠鏡陣列(the Chinese Small Telescope ARray,以下簡稱CSTAR)被安裝在南極冰穹A進行測光觀測。CSTAR是由四個14.5cm的望遠鏡組成,固定的指向南天極。在2008年極夜,CSTAR對南天極附近的20deg2內(nèi)近20,000顆星進行了長達四個多月的連續(xù)觀測�；谶@一數(shù)據(jù),我們開展了凌星系外行星和變星探測。隨著國際上系外行星探測成果的不斷積累,系外行星研究重點從單純的探測向探測與刻畫并重轉變,我們也利用國內(nèi)豐富的1-m級望遠鏡資源開展了凌星系外行星的后續(xù)監(jiān)測研究。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以及對已知凌星系外行星系統(tǒng)的后續(xù)觀測研究。第一章,從系外行星的探測歷史以及主要的探測方法開始介紹,過渡到系外行星探測結果多樣性的綜述。在此過程中,可以看到系外行星領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,先前的數(shù)據(jù)處理狀況,隨后,詳細介紹了如何通過改正CSTAR中主要的系統(tǒng)誤差而提高測光精度的。CSTAR擁有約20 deg2的視場,大視場的消光并不一定均勻,尤其是天氣情況較差的時候。如果對整個視場做相同的測光定標,勢必會引進系統(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)此對測光結果進行了重新定標。CSTAR是一個靜態(tài)的望遠鏡,固定的指向南天極,星像在CCD上做周日運動,不可避免的將CCD平場改正殘差引入測光結果。將CSTAR每一顆星與其同一周日運動圈上的參考星做較差測光,改正了這種誤差,大大提高了測光精度。最終,對于CSTAR最亮的不飽和星,獲得了0.4%的測光精度,完全滿足探測凌星系外行星和低幅變星的需求。第三章,介紹了基于CSTAR 2008年觀測數(shù)據(jù)的凌星行星探測與確認工作。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,之后結合光變曲線特性及主星特性,經(jīng)過細致的統(tǒng)計分析及目視檢測,剔除了大量虛假信號。利用光譜和視向速度后續(xù)觀測,我們最終確認了六個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望遠鏡獲得的高精度視向速度觀測數(shù)據(jù),這些候選體正在逐步確認中。這是國內(nèi)首次探測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到凌星系外行星候選體。第四章,介紹了基于CSTAR 2008年觀測數(shù)據(jù)進行的變星探測與分類工作。結合兩類常見的變星探測手段：光變曲線變化評估(星等-彌散關系,Stetson變星指數(shù))與周期分析,在CSTAR 2008年觀測數(shù)據(jù)中,共探測到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合其他巡天給出的恒星信息,對全部變星進行了分類,其中108個變星首次獲得變星分類。第五章,介紹了我們啟動的系外行星凌星后續(xù)監(jiān)測項目,并細致的介紹了第一個科學成果。我們利用地基1-m級望遠鏡對已知的凌星系外行星進行后續(xù)觀測,以優(yōu)化系外行星系統(tǒng)參數(shù)和凌星歷元,確認長周期的凌星行星候選體,通過對凌星中心時刻變化(Transit Timing Variations)的分析探測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多凌星系統(tǒng)中的行星候選體,并測量他們的質量。作為這個項目的第一個科學成果,我們對HAT-P-29這個典型的熱木星系統(tǒng)進行了發(fā)現(xiàn)后的首次測光后續(xù)觀測,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α栊侵行臅r刻的分析,利用動力學數(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光觀測來限制并進一步理解一些系外行星領域長期關注的開放問題：超級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量行星?大量熱木星公轉與主星自轉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系?進一步的,將如何把一個以今天的觀點看起來如此奇特的太陽系最終放到整個系外行星種群中去理解?
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P15
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本文編號：1312871