高中拓展 · 硬科幻模型 · 观测 · 多普勒测星

看不见行星,能从恒星的摇摆找到它吗?

太阳质量恒星、圆轨道、行星质量远小于恒星;测量沿视线分量。把轨道从正面转为侧面,观察谱线速度振幅。

问题的来处1995年 · 恒星的摇摆与系外行星

恒星视向速度:问题从哪里来?

飞马座51 b的发现展示了精密视向速度测量的力量。看不见行星,也可以通过恒星光谱的周期变化推断共同质心周围的运动。

读一段背景,带着问题动手

飞马座51 b的发现展示了精密视向速度测量的力量。看不见行星,也可以通过恒星光谱的周期变化推断共同质心周围的运动。

本页比较视向速度振幅。轨道倾角会隐藏真实质量,因此这类观测常先给出质量下限;振幅不是恒星在纸面上的位移。

现在,换你来试把轨道从正面转为侧面,观察谱线速度振幅。 固定其他条件,亲手将轨道倾角分别设为0和90°,各核验一次;正面看轨道,没有视向速度就等于没有行星吗?

恒星视向速度

C15 / 观测
今天的问题

正面看轨道,没有视向速度就等于没有行星吗?

独立探索要做什么?

把轨道从正面转为侧面,观察谱线速度振幅。 固定其他条件,亲手将轨道倾角分别设为0和90°,各核验一次;正面看轨道,没有视向速度就等于没有行星吗?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
恒星反向位移放大200倍 · 行星轨道为显示比例
金球:恒星青环:行星轨道蓝球:行星
看这里 · 视向速度半振幅24.6228 m/s

半振幅24.623 m/s;恒星绕质心反向摇摆在图中放大200倍,不改变速度读数。低倾角会隐藏信号,质量与倾角存在简并。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

90 °1 AU周期压缩为12秒,其余遵守周期与半径的3/2次方关系。
视向速度半振幅
24.6228 m/s
当前视向速度
24.6228 m/s

半振幅24.623 m/s;恒星绕质心反向摇摆在图中放大200倍,不改变速度读数。低倾角会隐藏信号,质量与倾角存在简并。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

增加行星质量,会怎样影响恒星摇摆幅度?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

K≈(Mp/Ms)√(GMs/a)sin i;v视=K sinφ。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

正面看轨道,没有视向速度就等于没有行星吗?

换个条件,再试一次

增加行星质量,会怎样影响恒星摇摆幅度?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识观测 · 多普勒测星涉及的量与单位:轨道倾角(°)、行星质量/木星(无量纲)、轨道半径(AU)、轨道相位(°)。高中拓展 · 硬科幻模型为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:把轨道从正面转为侧面,观察谱线速度振幅。

再做定量:保持其他条件,比较轨道倾角与视向速度半振幅(m/s),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

K≈(Mp/Ms)√(GMs/a)sin i;v视=K sinφ。

对照核验提示:正面看轨道:轨道倾角 0 °;侧面看轨道:只改变轨道倾角 90 °。按这些题设自己操作并比较视向速度半振幅,不把参考情景当个人完成。

适用范围:半振幅24.623 m/s;恒星绕质心反向摇摆在图中放大200倍,不改变速度读数。低倾角会隐藏信号,质量与倾角存在简并。

NASA Science · 天文与行星科学阅读(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。