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近鄰宜居行星巡天計劃（CHES）旨在發(fā)射一臺1.2米口徑的高精度空間天體測量望遠(yuǎn)鏡，通過精確測量目標(biāo)恒星與參考星之間微角秒級別的星間距變化，有望首次發(fā)現(xiàn)近鄰類日恒星宜居帶內(nèi)的類地行星，并全面普查近鄰行星的數(shù)量、真實質(zhì)量和三維軌道等關(guān)鍵信息。隨著系外行星探測精度和能力的不斷提升，天文學(xué)家已在類日恒星周圍發(fā)現(xiàn)巖質(zhì)行星。最新一代的視向速度（RV）光譜儀ESPRESSO和HARPS的精度高達(dá)0.50米/秒，而CHES的天體測量精度可達(dá)微角秒（μas）。極高的探測精度不僅帶來了新機遇，也提出了更高的挑戰(zhàn)。研究者必須從觀測數(shù)據(jù)中分辨出微弱的系外行星信號，并與低振幅噪聲源加以區(qū)分。例如，由行星攝動引發(fā)的恒星運動信號在某些情況下可能會被誤判為噪聲。對于多行星系統(tǒng)或密近雙星系統(tǒng)中的行星，長期共振等作用可能驅(qū)動行星軌道演化，導(dǎo)致軌道偏心率升高或軌道傾角發(fā)生顯著變化。在這種情況下，傳統(tǒng)的開普勒軌道模型（Kepler模型）已難以全面描述系統(tǒng)的動力學(xué)行為，需引入更復(fù)雜的動力學(xué)擬合方法加以建模。近期，中國科學(xué)院紫金山天文臺領(lǐng)銜的科研團隊針對CHES開展了先期研究，聚焦CHES任務(wù)中的近鄰密近雙星系統(tǒng)，結(jié)合視向速度實測數(shù)據(jù)與天體測量模擬數(shù)據(jù)，開展動力學(xué)軌道擬合以揭示其周圍行星的質(zhì)量?？蒲腥藛T將行星系統(tǒng)的軌道動力學(xué)積分與馬爾可夫鏈蒙特卡洛（MCMC）擬合方法相結(jié)合，用以改進CHES目標(biāo)雙星系統(tǒng)中行星的軌道參數(shù)和質(zhì)量解。通過對平運動共振系統(tǒng)和密近雙星系統(tǒng)的視向速度信號進行模擬，研究人員進一步證實，目前高精度視向速度光譜儀可探測到軌道振蕩造成的信號漂移。在最小質(zhì)量-半長軸參數(shù)空間中，如果K值向上漂移超過原探測極限，類地行星的探測效率會隨著恒星伴星的存在而提高，最小質(zhì)量探測閾值的波動范圍為20至80個地球質(zhì)量（M⊕）。RV實測數(shù)據(jù)的動力學(xué)擬合結(jié)果顯示，行星質(zhì)量低于Kepler模型預(yù)測值。對于GJ 86、GJ 3021、HD 196885和HD 41004密近雙星系統(tǒng)，Kepler模型與N體模型所得最小質(zhì)量偏差超過0.2 木星質(zhì)量（MJup），表明動力學(xué)效應(yīng)引起的RV振幅漂移顯著影響行星質(zhì)量解。RV理論信號的漂移還可預(yù)測行星系統(tǒng)軌道間相互傾角，為CHES模擬進一步約束系統(tǒng)軌道和行星質(zhì)量提供了先驗條件。高精度視向速度與天體測量聯(lián)合求解可顯著提升行星質(zhì)量的解算精度，研究人員以GJ 86系統(tǒng)的RV擬合結(jié)果為初始條件，分別生成Gaia與CHES天體測量模擬數(shù)據(jù)，在軌道傾角為50°–85°的假定下開展RV+Gaia與RV+CHES聯(lián)合擬合。研究表明，GJ 86 Ab的行星質(zhì)量比單獨采用天體測量方法所得結(jié)果高約0.6個MJup，Gaia模擬數(shù)據(jù)對行星質(zhì)量的擬合誤差為0.1 MJup，而CHES模擬數(shù)據(jù)則將該精度提升至0.01 MJup。研究人員還利用N體模型計算了天體測量探測概率在平運動共振和長期共振機制下的變化，但由于軌道半長軸和行星質(zhì)量均無顯著變化 ，天體測量信號沒有類似視向速度的明顯漂移，Gaia的天體測量精度目前不足以探測到軌道動力學(xué)演化的微弱信號。未來，基于CHES與地基高精度視向速度光譜儀、直接成像法空間任務(wù)的協(xié)同觀測，將顯著提升近鄰宜居系外行星的探測效率，提供行星系統(tǒng)的動力學(xué)約束，并更準(zhǔn)確地刻畫類地行星質(zhì)量。相關(guān)研究成果發(fā)表于《天體物理學(xué)雜志》（APJ）。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點項目、中國科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項等的支持。論文鏈接第三體攝動引起的視向速度探測極限漂移CHES任務(wù)目標(biāo)雙星的視向速度動力學(xué)擬合結(jié)果Gaia與CHES仿真觀測數(shù)據(jù)擬合結(jié)果