南极天区短周期行星搜寻与短周期行星特征研究

This program will utilize the CSTAR and AST3 telescopes at Dome A on the Antarctic Plateau to observe bright stars near South Pole. We are supposed to obtain light curves of bright stars (Vmag<12) with high precision. Consequently, transiting planets with short-period can be detected in the observed regions. Thanks for the polar night at Dome A, we can observe the stars as long as about 40 days continuously. The continuous observation provide us a complete sample of planets with period<4.5 day and radius>3 R_E. It will be the first time to obtain a complete sample of exoplanets via ground-based observation. Combining with the samples from Kepler and TESS, the statistical characteristics of short-period planets will provide us more information about the interaction between planets and host stars. We can also study whether and how the different environments in different galactic regions influence the formation and orbital architectures of these short-period planets.

本项目利用南极Dome A站点的大视场CSTAR望远镜和大口径AST3望远镜，对南极天区的恒星进行观测，得到观测天区内亮于12星等恒星的高精度光变曲线，利用掩星法搜寻短周期系外行星。由于南极极夜有大约40天的连续观测时间，按照CSTAR的观测模式，我们可以得到观测天区内，周期小于4.5天、行星半径大于3倍地球半径、完备的行星样本。这将是地面观测首次得到完备的短周期行星样本。本项目将结合Kepler、TESS等样本，统计短周期行星的质量、轨道等分布特征，研究短周期行星与主星的相互作用，考察银河系不同区域的环境差异如何对短周期行星系统形成率以及轨道演化产生影响。

本项目结合南极和国内多个望远镜设备，开展了系外行星探测和已知系外行星的后续观测。同时结合理论研究，对系外行星的形成、行星动力学观测特征以及宜居行星搜寻进行了研究。主要研究内容包括：（1）观测上：利用中山站BSST望远镜对比邻星进行测光观测；利用CSTAR2008年的数据分析恒星的耀发现象；利用国内望远镜对已有的系外行星HAT-P-29，HAT-P-33 b等行星进行测光观测。（2）理论上：利用天体测量时序数据对短周期的近共振行星系统动力学进行研究；结合近邻宜居带行星搜寻的热点问题，研究天体测量法探测多行星系统中的宜居带行星的探测概率；不同恒星辐射环境通过光致蒸发左右对原行星气体盘寿命和结构的影响。.本项目的主要研究结果及科学意义：（1）发现了比邻星的疑似掩食信号，置信度达98.8%。这是比邻星发现后，第一个测光后随观测的结果，也为今后准确测定该行星质量、大气成分提供了依据，结果被多家媒体报道；（2）发现了13颗恒星上的15次耀发现象，大多是短时标的恒星耀发。针对耀发光变特点的研究，对今后提高光变曲线数据处理精度和搜寻系外行星上有重要指导作用；（3）对HAT-P-33 b等行星的后续观测和TTV分析，更新了行星更准确的轨道参数和大小，也限制了系统中可能存在的其他行星的大小和位置。对TTV的分析将为今后JWST，Ariel观测行星大气透射光谱提供掩食历元的预报；（4）通过主星和外部恒星对原行星气体盘的光致蒸发作用，得出了紧密交汇轨道和光致蒸发作用的半分析表达式，同时给出了星团中恒星温度和恒星数密度对行星盘消散时标的影响。这一结果的预测对星团中搜寻系外行星具有很强的参考价值；（5）结合Gaia卫星，发现可以利用天体测量数据反演共振行星系统，其探测概率主要和信噪比相关，Gaia将有机会确认处于1阶共振的类木行星系统。（6）天体测量法对宜居行星的搜寻，容易受同一系统中的其他行星干扰，我们分析了这种影响，只要另一颗行星原理宜居带，质量较小，对宜居行星探测影响就比较小，这对未来天体测量法进行近邻宜居行星搜寻的目标选取和数据处理提供理论依据。.本项目的研究结果对现有的系外行星观测提供了更多数据，尤其是提升了我国南极天文观测的显示度。成果结合未来Gaia的时序数据，进行系外行星的搜寻和动力学刻画；同时对不同恒星环境中的系外行星形成，提出了重要限制因素：即光致蒸发作用。