百年追尋終有果：地球附近發現四顆迷你行星

天文學家近日取得一項令人振奮的突破，他們在距離地球最近的單一恆星——巴納德星（Barnard's Star）周圍，發現了四顆次地球大小的系外行星。這項發現是利用位於夏威夷的雙子星北座望遠鏡（Gemini North telescope）上的高精度儀器MAROON-X，透過徑向速度法（radial velocity technique）所確認，標誌著探測小型行星的一個重要里程碑。這些岩石行星是迄今為止發現的最小行星之一，挑戰了過去行星搜尋中常出現的不確定結果。這項發現預示著探索更小系外行星的新時代，這些行星可能為行星形成及宜居性提供重要線索。

巴納德星是距離地球最近的單一恆星系統，天文學家在此發現了四顆次地球大小的系外行星。這項發現部分得益於國際雙子星天文臺（International Gemini Observatory）的雙子星北座望遠鏡。值得注意的是，其中一顆新發現的行星是迄今為止使用徑向速度法探測到的質量最小的系外行星，為尋找附近恆星周圍的小型行星設立了新標準。

過去一個世紀，科學家們一直在研究巴納德星，希望能找到行星。這顆恆星於1916年由葉凱士天文臺（Yerkes Observatory）的E. E. Barnard首次發現，是距離地球最近的單一恆星系統。巴納德星是一顆紅矮星，這類低質量恆星通常擁有緊湊的多行星系統，包含多顆岩石行星。由於紅矮星是宇宙中最常見的恆星型別，瞭解它們周圍的行星對於更廣泛的天文學研究至關重要。

芝加哥大學的Jacob Bean領導了這項研究，他的團隊開發了MAROON-X，這是一款專為探測紅矮星周圍行星而設計的高靈敏度儀器。MAROON-X安裝在雙子星北座望遠鏡上，提升了天文臺識別小型系外行星的能力。這款儀器利用徑向速度法尋找系外行星，該方法透過檢測恆星因行星引力作用而產生的微小前後運動來發現行星。這種運動會導致恆星光波長的微小變化，而MAROON-X的精確度足以測量這些細微變化，從而確定影響恆星的行星數量和質量，讓天文學家能夠以驚人的準確性確認它們的存在。

經過三年內112個夜晚的資料校準與分析，團隊找到了巴納德星周圍三顆系外行星的堅實證據，其中兩顆先前被歸類為候選行星。團隊還將MAROON-X的資料與歐洲南方天文臺甚大望遠鏡（Very Large Telescope）的ESPRESSO儀器在2024年進行的研究資料結合，確認了第四顆行星的存在，使其也從候選行星晉升為正式系外行星。

「這是一個非常令人興奮的發現——巴納德星是我們的宇宙鄰居，但我們對它知之甚少，」芝加哥大學博士生、論文第一作者Ritvik Basant表示。「這項發現標誌著這些新儀器的精確度相較於前幾代有了重大突破。」

新發現的行星很可能是岩石行星，而非像木星那樣的氣態行星。然而，由於從地球觀測的角度，這些行星並未從其恆星前方經過，這通常是確定行星組成的方法，因此很難確定其確切成分。但透過對其他恆星周圍類似行星的研究，團隊將能夠更好地估計它們的組成。

此外，團隊能夠以相當高的確定性排除巴納德星宜居帶中存在與地球質量相當的其他系外行星的可能性。宜居帶是指恆星周圍適合液態水存在的區域。

巴納德星被稱為行星獵人的「大白鯨」，過去一個世紀中，多次有團隊宣稱發現了巴納德星周圍的行星，但最終都被推翻。然而，這項最新發現比以往任何結果都提供了更高的可信度。「我們在不同日子的不同時間進行觀測，團隊分別位於智利和夏威夷，彼此之間完全沒有協調，」Basant說。「這讓我們對這些資料的真實性充滿信心。」

這四顆行星的質量僅為地球的20%至30%，它們距離母星非常近，僅需數天即可繞行一週。其中第四顆行星是迄今為止使用徑向速度法發現的質量最小的行星。團隊希望這將開啟一個發現更多次地球大小系外行星的新時代。

目前發現的大多數岩石行星都比地球大得多，且它們在銀河系中的組成似乎相當相似。然而，有理由相信較小的系外行星組成可能更加多樣化。隨著科學家發現更多這類行星，他們將能夠更深入地瞭解這些行星的形成過程及其宜居條件。

「美國國家科學基金會正與天文學界合作，深入探索宇宙，尋找可能與地球環境相似的系外行星，」國際雙子星天文臺專案主任Martin Still表示。「MAROON-X在雙子星北座望遠鏡上的行星發現，為這趟旅程邁出了重要一步。」

目前，MAROON-X仍是雙子星北座望遠鏡的臨時儀器。鑒於其出色的效能及在使用者中的受歡迎程度，它正在被轉換為永久設施儀器。「這項成果展示了雙子星天文臺為使用者提供的競爭力與尖端能力，」國際雙子星天文臺發展副總監、論文合著者及MAROON-X設計與建造團隊成員Andreas Seifahrt表示。「天文臺正在更新其儀器組合，MAROON-X是首批新儀器之一，與雙子星南座的GHOST及雙子星北座的IGRINS-2並列。」

這項研究發表於《天文物理期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters），標題為「從MAROON-X和ESPRESSO確認巴納德星周圍的四顆次地球行星」，由Ritvik Basant等人共同撰寫。