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軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星

系外行星


軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星


圖為一顆氣態(tài)巨行星轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮拘牵▓D片來(lái)源：NOIRLab/NSF/AURA/J.da Silva）
據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：對(duì)于一顆遙遠(yuǎn)的氣態(tài)巨行星 ， 我們所看到的遠(yuǎn)不止這些 。
天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這顆太陽(yáng)系外行星或“系外行星”不僅擁有有史以來(lái)最奇怪的軌道之一，而且正在轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)“熱木星”世界 。了解這種轉(zhuǎn)變可以幫助科學(xué)家更好地了解這個(gè)奇怪類(lèi)別中的世界是如何形成的 。
這顆名為T(mén)IC 241249530 b的系外行星距離地球約998光年，于2020年1月首次被美國(guó)國(guó)家航空航天局的凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星（TESS）探測(cè)到 ， 當(dāng)時(shí)它穿過(guò)或“凌日”了其母恒星的表面 。
這顆行星圍繞其恒星TIC 241249530運(yùn)行，距離約為地球和太陽(yáng)之間距離的12% 。這種接近意味著它在15.2個(gè)地球日內(nèi)完成一個(gè)軌道 。但這并不是這顆行星軌道的極端之處 。
大多數(shù)行星都沒(méi)有完美的圓形軌道 。相反 ， 大部分行星軌道都是橢圓軌道，具有一定程度的平坦性 ， 天文學(xué)家稱(chēng)之為“偏心率” 。TIC 241249530 b的軌道是天文學(xué)家所見(jiàn)過(guò)的最拉伸和最平坦的軌道之一 。此外，與恒星的自轉(zhuǎn)相比，這顆木星大小的行星正在“向后”繞恒星運(yùn)行 。
然而 ， 熱木星是系外行星，它們圍繞行星運(yùn)行的距離使它們?cè)?0個(gè)地球日或更短的時(shí)間內(nèi)完成一年 。這意味著TIC 241249530 b不是熱木星——至少目前還不是 。目前，天文學(xué)家對(duì)熱木星如何如此接近其母恒星感到困惑，科學(xué)家們認(rèn)為這些行星在離恒星更遠(yuǎn)的地方形成，然后向內(nèi)遷移 。
然而，即使在天文學(xué)家觀測(cè)并確認(rèn)了至少5600顆系外行星之后，這一遷移過(guò)程的早期階段仍然令人沮喪地難以捉摸 。
一組天文學(xué)家使用基特峰國(guó)家天文臺(tái)（KPNO）WIYN 3.5米望遠(yuǎn)鏡上的兩臺(tái)儀器觀測(cè)到TIC 241249530 b ， 并將其揭示為早期熱木星 。
NOIRLab博士后研究員、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Arvind Gupta在一份聲明中表示：“二十多年來(lái)，天文學(xué)家一直在尋找可能是熱木星前身的系外行星 ， 或者是遷移過(guò)程的中間產(chǎn)物，所以我非常驚訝和興奮地找到了一顆 。” ?！斑@正是我希望找到的 ?！?br>正在形成的熱木星
科學(xué)家們首先使用NN-EXPLORE系外行星和恒星散斑成像儀（NESSI）來(lái)消除由地球大氣層引起的“閃爍”模式 ， 并減少來(lái)自其他光源的噪聲，這些噪聲可能會(huì)在恒星TIC 241249530經(jīng)過(guò)其表面時(shí)污染其信號(hào) 。
接下來(lái)，他們使用NEID光譜儀測(cè)量了系外行星圍繞恒星的速度，以確定恒星的光線變化 。
古普塔說(shuō)：“NESSI為我們提供了比其他方式更清晰的恒星視圖，NEID精確地測(cè)量了恒星的光譜，以檢測(cè)對(duì)軌道系外行星的響應(yīng) ?！?。
該團(tuán)隊(duì)對(duì)這一光譜的分析證實(shí) ， TIC 241249530 b的質(zhì)量大約是木星的五倍 。調(diào)查還揭示了這顆行星極其偏心的軌道 。行星軌道的偏心率以0到1的比例進(jìn)行測(cè)量，0是完美的圓形軌道，1是高度橢圓 。
矮行星冥王星圍繞太陽(yáng)的高度橢圓軌道的偏心率為0.25，而地球近乎完美的圓形軌道的偏心度為0.02 。TIC 241249530 b的軌道偏心率為0.94，比通過(guò)系外行星探測(cè)的凌日方法發(fā)現(xiàn)的任何其他系外行星的軌道都要偏心 。
值得注意的是，還有另一顆軌道更平坦的行星HD 20782 b，它是一顆距離我們1117光年的氣態(tài)巨星 。它的軌道偏心率為0.956，但這個(gè)世界不是用凌日法發(fā)現(xiàn)的 。

軌道怪異的系外行星正在我們眼前變成一顆熱木星


與地球和水星（距離太陽(yáng)最近的行星）的大致圓形軌道相比，TIC 241249530 b的軌道奇怪地拉長(zhǎng)了（圖片來(lái)源：NOIRLab/NSF/AURA/R.Proctor）
如果TIC 241249530 b被放置在太陽(yáng)系中 ， 它的軌道將使其比水星更靠近太陽(yáng)10倍（約300萬(wàn)英里，即480萬(wàn)公里） ， 然后正好達(dá)到地球與太陽(yáng)的最大距離（約9500萬(wàn)英里 ， 或1.53億公里） 。這將導(dǎo)致TIC 241249530 b的溫度變化從地球上一個(gè)晴朗的夏天的溫度變化到足以熔化鉛的溫度 。
TIC 241249530 b圍繞其恒星的運(yùn)動(dòng)也有另一個(gè)不尋常的特征 。這顆行星以與恒星自轉(zhuǎn)相反的方向繞恒星運(yùn)行，這被稱(chēng)為“逆行” 。這在系外行星中很少見(jiàn) 。
TIC 241249530 b軌道的這兩個(gè)方面都讓團(tuán)隊(duì)意識(shí)到它即將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮拘?。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，隨著這個(gè)高度偏心的軌道使行星靠近其恒星，軌道將開(kāi)始像膨脹的沙灘球的二維陰影一樣填滿 。預(yù)計(jì)這會(huì)發(fā)生 ， 因?yàn)楹阈且Ξa(chǎn)生的潮汐力會(huì)將軌道能量從系外行星上帶走 。
隨著這顆行星的軌道“繞圈”，它也會(huì)縮小，使TIC 241249530 b更靠近它的恒星，并給它一年不到10個(gè)地球日的時(shí)間，這表明向熱木星的轉(zhuǎn)變已經(jīng)完成 。
TIC 241249530 b只是發(fā)現(xiàn)的第二顆似乎處于熱木星遷移前階段的系外行星 。TIC 241249530 b和這種熱木星前體的先前例子似乎都支持更高質(zhì)量的氣態(tài)巨行星通過(guò)從高偏心軌道遷移到更緊、更圓的軌道而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮拘?。
古普塔總結(jié)道：“雖然我們無(wú)法實(shí)時(shí)按倒帶觀看行星遷移過(guò)程 ， 但這顆系外行星可以作為遷移過(guò)程的快照 ?！?。“像這樣的行星非常罕見(jiàn) ， 很難找到，我們希望它能幫助我們解開(kāi)熱木星形成的故事 ?！?br>該團(tuán)隊(duì)的研究于7月17日發(fā)表在《自然》雜志上 。
編者按：本文已被更正 ， 以澄清所有太陽(yáng)系行星的軌道都是順行的；金星和天王星顯示逆行自轉(zhuǎn)，而不是逆行運(yùn)動(dòng) 。