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公轉(zhuǎn)周期110萬年,距離恒星9700億公里,極端系外行星被發(fā)現(xiàn)

 姿勢分子_ 2021-07-31

在我們頭頂?shù)奶炜丈?,除了太陽和月亮之外,所有的天體看起來都只是一個光點(diǎn)。不論它們有多巨大,在遙遠(yuǎn)的距離之下,都小得無法分辨。正因如此,即便每天夜里看到滿天星斗,古人也不知道它們究竟是什么。

有了望遠(yuǎn)鏡,人類才終于能夠看清一些天體的真面目。太陽系的其他行星,在望遠(yuǎn)鏡里露出了真面目。甚至到了后來,天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)在太陽系以外的行星,也就是所謂的系外行星。它們有的距離地球只有幾光年,有的甚至在數(shù)百光年之外,即使這么遙遠(yuǎn),還是有四千多顆被人類發(fā)現(xiàn),而且這個數(shù)字還在不斷增加。

發(fā)現(xiàn)系外行星的方法有很多,我們也曾經(jīng)介紹過。所有這些方法中,最常用的有兩個,分別是凌日法和徑向速度法。

所謂的凌日法,就是系外行星繞行到宿主恒星和地球之間,導(dǎo)致宿主恒星的亮度有所下降,從而被我們發(fā)現(xiàn)的方法。這種亮度的變化在肉眼中是看不出來的,但是在人類先進(jìn)的儀器面前,就會被發(fā)現(xiàn)。但這個方法需要滿足一個重要的條件,那就是地球要位于這顆系外行星軌道所在平面上,否則它是無法產(chǎn)生凌日現(xiàn)象的。

徑向速度法,利用的是多普勒效應(yīng)的原理。當(dāng)系外行星運(yùn)行到不同位置上時(shí),其引力對宿主恒星產(chǎn)生的拉扯方向也在不斷變化。雖然它們的質(zhì)量比恒星小得多,但細(xì)微的影響還是有的。原本恒星穩(wěn)定的光,在這種拉扯作用下會出現(xiàn)明顯的規(guī)律性波長變化,通過這種信號,我們同樣可以發(fā)現(xiàn)系外行星。

不論是哪一種方法,它還有另外兩個要求,那就是系外行星要足夠大,距離恒星也要足夠近。這很好理解,巨大的系外行星能夠遮擋住恒星更多的光,對恒星產(chǎn)生的拉扯效果也更加明顯;如果距離太遠(yuǎn),那就只能遮擋住一點(diǎn)點(diǎn)光,不足以被我們發(fā)現(xiàn),或者引力的效果大打折扣(引力與距離的平方成反比),同樣不能被我們觀測到。

你可能已經(jīng)注意到:對于太陽系的行星,我們都是采取直接觀測的方法;但說到系外行星,怎么就變成間接的手段了呢?難道我們不能直接觀測嗎?

說起來,我們的成像技術(shù)也不是完全達(dá)不到這樣的標(biāo)準(zhǔn)。但是,我們依然很難對系外行星進(jìn)行直接成像。

為什么呢?

目前來說,我們發(fā)現(xiàn)的系外行星,距離宿主恒星確實(shí)比較近。在這種情況下,它們本身又不發(fā)光,就很容易淹沒在宿主恒星的光芒之中,就好像我們白天在太陽的照耀下也看不見其他的星星一樣。

不過最近,科學(xué)家還是成功地對一顆非常特殊的系外行星進(jìn)行了直接成像,這也是迄今為止所有直接成像的系外行星中距離地球最近的一個。

在名為超距軌道低溫伴星調(diào)查(COol Companions ON Ultrawide orbiTS,簡稱COCONUTS)的項(xiàng)目中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這顆行星,并將它命名為COCONUTS-2b。

(圖片說明:COCONUTS-2b藝術(shù)圖)

在距離我們35光年的位置上,它圍繞著宿主恒星COCONUTS-2公轉(zhuǎn)著,這顆恒星屬于宇宙中最小的一類恒星——紅矮星,其質(zhì)量只有太陽的1/3。另一方面,COCONUTS-2b倒是非常巨大,它的質(zhì)量達(dá)到了木星的6倍。

這顆行星不僅因?yàn)楸恢苯映上穸档米⒁?,它本身的一些屬性也非常特殊?/p>

結(jié)果表明,它之所以能夠被直接成像,就在于它和宿主恒星之間的距離非常遙遠(yuǎn),達(dá)到了6471個天文單位,也就是日地距離的6471倍,約合9700億公里!要知道,即使是太陽系最外側(cè)的行星海王星,距離太陽也只有大約45.54億公里。在如此遙遠(yuǎn)的距離下,COCONUTS-2b上的白天和黑夜也沒什么區(qū)別了,只不過宿主恒星看起來比其他恒星更亮、更紅一些。

雖然遙遠(yuǎn)的距離讓它免于被恒星的光芒吞沒,從而被我們直接成像,但這個軌道參數(shù)也實(shí)在是非常驚人了。在這樣的距離下,它需要差不多110萬年,才能完成一次公轉(zhuǎn),這在所有系外行星中也創(chuàng)造了新的紀(jì)錄。

正是因?yàn)槎叩木嚯x如此遙遠(yuǎn),以至于盡管COCONUTS-2b在2011年就被發(fā)現(xiàn)了,也一直沒有人想到這兩顆天體之間有什么關(guān)系。直到這一次,夏威夷大學(xué)的天文學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)二者之間的引力作用。

按照常理來想,它在如此遙遠(yuǎn)的距離下,幾乎無法接收來自于宿主恒星的光芒,應(yīng)該會非常寒冷。但實(shí)際上,雖然和某些特殊的系外行星相比還有一定的距離,但COCONUTS-2b也算是非常溫暖,甚至有些滾燙了。觀測結(jié)果表明,它的表面溫度約為434K,也就是161℃,超過了水的沸點(diǎn)。

這就很奇怪了,它的熱量從何而來呢?

科學(xué)家指出:這是因?yàn)樗且活w非常年輕的恒星,形成于不到8億年前。在形成過程中,大量的熱量被淹沒在行星內(nèi)部。直到今天,這些熱量還沒有完全消散,這就是保持其表面溫暖的根本原因。

正是因?yàn)樗鄬嘏?,我們才能夠?qū)λM(jìn)行直接成像,因?yàn)榭茖W(xué)家正是通過紅外線成像來對它進(jìn)行觀測的。目前來說,它也是科學(xué)家直接成像的系外行星中溫度第二低的。

(圖片說明:COCONUTS-2系統(tǒng)的紅外成像)

本次研究的主要作者、來自于夏威夷大學(xué)天文學(xué)研究所的天文學(xué)家張周建介紹說:“位于超寬軌道上的巨大恒星,再加上中心處一顆低溫的恒星,COCONUTS-2向我們展示了一個與太陽系完全不同的行星系統(tǒng)。”

研究人員指出:這顆行星對于我們來說,是研究年輕的系外行星所具備的大氣成分和演化歷程的重要對象,這也是他們未來繼續(xù)研究的目標(biāo)。

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