十大太阳系外行星排行榜

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天文学家们已经发现了近1 000颗围绕其他恒星公转的行星。这里将列举出这些太阳系外行星系统中最引人注目的十个。
Richard Talcott 文 Shea 编译

天文学家们已经发现了近1 000颗围绕其他恒星公转的行星。这里将列举出这些太阳系外行星系统中最引人注目的十个。

几十年来,天文学家们一直在天空中搜寻围绕其他恒星公转的行星。但一直颗粒无收,直到1991年亚历山大·沃尔兹岑(Aleksander Wolszczan)和戴尔·弗雷尔(Dale Frail)在奇特的脉冲星PSR B1257 +12周围发现了一个行星系统。4年后,米切尔·梅厄(Michel Mayor)和迪迪埃·克洛茨(Didier Queloz)则在一颗普通的恒星飞马51周围发现了一颗木星大小的行星,它每4.2天就会绕其宿主恒星转动一周。

虽然最先被发现的这两个行星系统完全不同于彼此,但它们却有着一个显著的共同特点:超乎天文学家们的预期甚至想象。根据对太阳系的认识,科学家们认为较小的岩质行星会更靠近其宿主恒星,而巨大的气态行星则会位于较远的距离上。然而,大自然却有不同的想法。目前已知的近1,000颗太阳系外行星(简称外星行星)向天文学家们充分地呈现了行星世界的多样性。

虽然每一颗外星行星都是独特的,但总有一些会更加的特立独行。这里列举出了其中最精彩、最耐人寻味同时也是最酷的十个。它们有一些是自成一派的单个外星行星,另一些则是有着与众不同环境的行星系统。有关这份榜单唯一可以确定的是,随着天文学家们继续对外星行星的搜寻,未来它肯定会发生变化。

1.半人马α Bb

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[图片说明]:半人马α Bb及其所在系统的艺术概念图。版权:ESO/L. Calçada/N. Risinger。

上榜理由:距离地球最近的外星行星
质量(地球):1.1
轨道半径(天文单位):0.042
发现时间:2012年

在一颗类太阳恒星周围找到一颗类地行星一直是所有外星行星猎人们心中的圣杯。这一夙愿在2012年得以实现,当时瑞士日内瓦天文台的格扎维埃·杜穆斯克(Xavier Dumusque)及其同事在一颗质量为太阳93%的恒星周围发现了一颗质量比地球大10%的行星。更妙的是,这颗新发现的行星就在我们隔壁,位于最靠近我们的恒星系统中,相距地球仅4.36光年。

但不幸的是,这颗行星半人马α Bb并不位于其宿主恒星的宜居带——那里的温度可以使得有液体水存在——中。它到宿主恒星半人马α B的距离只有0.042个天文单位。(1个天文单位等于地球到太阳的平均距离,约为1.5亿千米。)其表面温度可以达到1,200℃。

星半人马α B隶属于一个紧密的双星系统,它还有一颗较大也较亮的伴星半人马α A。它们相互绕转的轨道周围为80年,平均距离约17.6个天文单位。为了发现这颗行星,杜穆斯克的团队将现有的技术被推向极限。

2.开普勒-70b

上榜理由:运动的最快、温度最高、质量最小的外星行星
质量(地球):0.44
轨道半径(天文单位):0.006
发现时间:2011年

当谈及“最……”的时候,很难有行星能击败开普勒-70b。至少对于普通恒星周围的行星来说,它目前保持着的纪录有:最靠近宿主恒星的轨道,距离仅为0.006个天文单位,相当于水星到太阳距离的1/65倍;最快的平均速度,其时速可以达到惊人的980,000千米;最小的质量,只有地球的44%。只有围绕脉冲星的一些古怪的行星才能与这些数字相抗衡。此外,开普勒-70b目前独霸已知最热的外星行星宝座,其正午的温度估计可达6,930℃。

但即便是这些可能仍不是这颗行星最令人印象深刻的地方。开普勒-70b和它的姐妹行星开普勒-70c——较前者稍大、距离宿主恒星更远、温度也较低——正在围绕一颗已演化到离开主序带的恒星公转。它们的宿主恒星开普勒-70在主序上呆了几十亿年,期间它稳定地把其核心处的氢聚变成了氦。此后,在大约1,800万年前,这颗恒星膨胀成了一颗红巨星,其核心处的氦被点燃。随后,这颗恒星收缩到了现在的大小。

这两颗行星曾经都位于这颗红巨星臃肿的大气内部。天文学家们怀疑,它们过去都是类似于木星的气态巨行星。但随着该恒星外层的膨胀,它的热量蒸发了行星的大气。我们现在在开普勒-70周围看到的其实是它们所留下的致密核心。

3.北落师门b

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[图片说明]:哈勃空间望远镜所拍摄的北落师门b。版权:NASA/ESA/Z. Levay (STScI)。

上榜理由:最长的轨道周期
质量(地球):600(?)
轨道半径(天文单位):115
发现时间:2008年

迄今发现的大多数外星行星都非常靠近它们的宿主恒星,公转一周花不了很长的时间。原因很简单。用来发现已知大多数行星的两大手段都更易于探测到靠近宿主恒星的行星。这两种方法是视向速度方法和凌星方法。前者测量的是行星的引力对恒星运动的影响,后者则旨在探测当行星从恒星前方经过时所造成的恒星亮度下降。然而,能被天文学家们直接成像的行星却屈指可数。虽然探测宿主恒星附近行星所发出的暗淡光芒犹如在大探照灯中寻找一只萤火虫,但只要条件合适大望远镜仍能做到这一点。与其他的搜寻技术不同,成像观测更倾向于发现远离其宿主恒星的行星。

天文学家们使用哈勃空间望远镜观测发现,北落师门b在一条非常大的轨道上绕1等星北落师门转动。这颗巨行星绕转一周需要大约876年,是海王星绕太阳公转周期的5倍以上。在此期间,北落师门b会穿过其宿主恒星周围尘埃盘中较稀疏的地方。

4.PSR B1620-26 b

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[图片说明]:球状星团M4中行星系统PSR B1620-26的艺术概念图。版权:NASA。

上榜理由:最年老的行星
质量(地球):800(?)
轨道半径(天文单位):23
发现时间:2003年

虽然地球形成于约46.5亿年前,但和PSR B1620-26 b比起来还只能算是一个青少年。这颗行星诞生于约130亿年前,当时银河系自身的宏伟旋臂仍在发育中。这颗气态巨行星就位于球状星团M4的核心之外,在创生宇宙的大爆炸之后仅几亿年那里的恒星和行星便开始形成。

PSR B1620-26 b的质量约是木星的2.5倍,公转一周的时间约为100年。这颗行星围绕着一个紧密的双星系统转动,后者由一颗毫秒脉冲星——大质量恒星超新星爆发后所留下的遗骸——和一颗白色矮——类太阳恒星耗尽核燃料并抛射出其外部包层后所留下的高温核心——所组成。

天文学家们认为这个系统是经由多个步骤而形成的。最一开始,这颗大质量恒星隶属于另一个双星系统。质量越大的恒星演化越快,它超新星爆炸后产生了一颗中子星。于此同时,这颗行星正在与之无关的另一颗类太阳恒星周围的盘中形成。此后,大约在几十亿年前前,这两个系统发生了碰撞。引力相互作用把这颗中子星原先的伴星抛射了出去,而这颗行星则被送入了一条同时绕其母恒星和这颗中子星公转的轨道上。当这颗类太阳恒星在大约5亿年前膨胀成一颗红巨星时,其物质会流到中子星上,将其加速成了一颗毫秒脉冲星。由此整个系统便形成了今天我们所看到的奇怪模样。

5.WASP-12b

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[图片说明]:类似WASP-12b这样极为靠近其宿主恒星的热类木星,它们的大气会不断流失。版权:NASA/GSFC/Frank Reddy。

上榜理由:正在被宿主恒星吞噬的外星行星
质量(地球):450
轨道半径(天文单位):0.02
发现时间:2008年

也许没有哪颗行星能像WASP-12b这样彰显“热类木星”这一概念。这类行星于1995年第一次为天文学家们所注意到,它们的质量和我们的太阳系中的木星相当,但却在极其靠近其宿主恒星的轨道上绕转。在那一年,科学家们在恒星飞马51周围发现了一颗木星大小的行星,其轨道周围只有4.2天。飞马51 b不仅是在普通恒星周围发现的第一颗行星,它同时也向科学家们打开了外星行星复杂多样性的大门。

然而,WASP-12b甚至比想象的还更为极端。这颗1.4个木星质量的行星绕其比太阳稍大也稍热的宿主恒星公转一周只要1.1天。这么近的距离把它炙烤到了约2,650℃的高温,使得它的大气膨胀到了近3倍于木星直径的大小。哈勃空间望远镜的观测表明,在这一环境下这颗行星不可能存活很长时间。它的大气会向太空流失,被攫取到其宿主恒星之上。科学家们估计,在1,000万年左右的时间里它的大气就会流失殆尽。

此外,WASP-12b可能还拥有着比任何已知的外星行星都更丰富的大气成分。天文学家们已经在其大气中发现了多种分子,其中包括水、甲烷、一氧化碳以及诸如铝、镁、锡和钒这些金属。

6.PSR B1257 +12系统

上榜理由:第一批已知的外星行星;第二代行星
质量(地球):0.02~4.1
轨道半径(天文单位):0.19~0.46
发现时间:1991年

随着对太阳系外行星的搜寻在20世纪90年代初开始升温,行星猎人们把目标都对准了类似于太阳的恒星。于是,你可以想象,当得知第一批被发现的外星行星其实围绕着一颗与太阳完全不同的恒星时,大多数科学家有多么得震惊。

亚历山大·沃尔兹岑和戴尔·弗雷尔在寻找毫秒脉冲星的过程中发现了PSR B1257 +12。这颗中子星每6.22个毫秒就会自转一周。脉冲星发出的射电脉冲具有精确的规律性,因此当沃尔兹岑和弗雷尔注意到这些脉冲存在特定的变化模式时,他们知道那里一定有什么东西。对其进行分析表明,这些引力影响来自3颗行星——其中两颗的质量几倍于地球,另一个则和月球相仿。

但脉冲星行星能上榜的理由还不仅于次。大多数行星都形成于其母恒星周围的尘埃盘中,而这些恒星本身又是从星际介质中凝聚而成的。但是,产生PSR B1257 +12的超新星爆发会摧毁或者破坏任何之前就业已存在的行星。因此这些位于脉冲星周围的行星必定是从超新星的残骸或者从其伴星处所俘获的物质中形成的“第二代行星”。

7.巨蟹55e

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[图片说明]:有着一个厚钻石层的巨蟹55e的概念图。版权:Haven Giguere。

上榜理由:由钻石构成的行星?
质量(地球):8.4
轨道半径(天文单位):0.016
发现时间:2004年

如果钻石是女孩最好的朋友,那她们一定会喜欢巨蟹55e。如果科学家们的模型是正确的,那么在这颗外星行星坚硬的石墨表面之下可能潜藏着一层厚厚的钻石。

虽然早在十多年前就有了可能存在钻石行星的科学构想,但直到2012年巨蟹55e才成为了其第一个候选体。天文学家们在2004年就发现了这颗行星,但花了几年时间才搞清楚了巨蟹55e的特征。对红外辐射敏感的美国宇航局斯皮策空间望远镜测定了它的质量和半径,由此天文学家们能够确定它的密度,发现它和地球的极为不同。其他的研究则显示,其宿主恒星拥有丰富的碳。假设这颗行星及其宿主恒星形成于同一片星云,科学家由此可以得出结论,在巨蟹55e的表面之下可能有一个厚几千米的钻石层。

巨蟹55e同时也是一个极端的地方。它距离宿主恒星只有0.016个天文单位,公转一周只需不到18个小时。其向阳侧温度可以飙升超过1,750℃。巨蟹55系统中的其他4颗行星到宿主恒星的距离都比它更远,应该会是更好的开采钻石的地点。

8.开普勒-64b

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[图片说明]:开普勒-64系统的艺术概念图。版权:NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)。

上榜理由:宿主恒星最多的外星行星
质量(地球):169
轨道半径(天文单位):0.65
发现时间:2012年

孤立地看,开普勒-64b似乎并没有什么特别的。这颗行星的质量大约是地球的169倍(稍大于木星质量的一半),在0.65个天文单位的距离(比太阳系内金星的轨道稍小)上每138天公转一周。

令开普勒-64b脱颖而出是它的宿主恒星。它所围绕的不是一颗恒星,而是两颗。这两颗恒星相互绕转的周围为20天,在此过程中它们还会相互掩食。这使得开普勒-64b成为了目前已知的少数环双星行星之一。这两颗恒星的质量分别为1.5和0.4个太阳质量。但是,不要把这一类型双星系统和半人马α B相混淆。在后者中,行星仅围绕双星中的一颗恒星转动。

然而,真正使这个系统鹤立鸡群的是,它还在和另一个双星系统相互绕转。这个双星距离开普勒-64b的宿主双星差不多有1,000个天文单位,大约是太阳到海王星距离的30倍。这样一个四星系统的动荡环境赋予了开普勒-64b一段值得令人注目的生存故事,它在外星行星搜索这个新兴领域的中至今仍是唯一的。

9.开普勒-11系统

上榜理由:拥有6颗紧密排列行星的系统
质量(地球):1.9~ 25
轨道半径(天文单位):0.09~0.47
发现时间:2011年

当谈及拥有多颗行星的恒星,我们的太阳系仍然至高无上。但地球和它的七个兄弟姐妹也许很难会再继续称王下去了。至少有其他4颗恒星——格利泽667C、HD 10180、HD 40307和开普勒-11——已经被证实拥有6颗行星,它们中有一些甚至还显露出存在其他成员的迹象。

在这些系统中,开普勒-11因其结构紧凑而突出重围。这就好像大自然想让一大家子人都生活在一个房间里一样。所有这6颗行星的轨道都没有超过金星到太阳的轨道半径,而其中有5颗甚至在水星的轨道之内。但是这些行星质量并不小,从2倍于地球到略大于海王星不等。虽然这个行星系统与我们的太阳系几乎没有相似之处,但它的宿主恒星却与太阳很相近。开普勒-11的质量为太阳的95%,其半径则只比太阳大了约10%。

10.格利泽667C系统

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[图片说明]:格利泽667C行星系统的艺术概念图。版权:ESO。

上榜理由:3颗行星位于宜居带中
质量(地球):2.7~6.9
轨道半径(天文单位):0.05~0.55
发现时间:2009~2013年

对宇宙中生命的搜寻也许会因为它而变得容易一些。2013年6月,天文学家们宣布在恒星格利泽667C周围的宜居带中存在3颗行星,而在它们的表面上则可能有液态水存在。这3颗行星都属于超级地球,其质量大于地球,但不超过地球质量的15倍(相当于天王星的大小)。它们完全充满了这颗恒星宜居带——使得没有其他行星可以在宜居带中占据一条稳定的轨道。

这3颗行星隶属于一个至少拥有6颗(也可能是7颗)行星的系统。它们围绕着恒星格利泽667C做轨道运动,后者又是距离地球约22光年的一个三星系统中最暗弱的成员。格利泽667C的质量仅有太阳的约三分之一,表面温度不足太阳的一半。这意味着这3颗宜居的行星必须非常靠近其宿主恒星,距离在0.13到0.21个天文单位之间,由此它们轨道都在太阳系水星轨道的范围之内。

虽然位于格利泽667C宜居带内的这3颗行星未必就适合生命,但单凭它们本身的存在就燃起了科学家们寻找太阳系之外生命的希望。由于像格利泽667C这样的红矮星占据了银河系中恒星的大多数,因此这一发现增加了在其他行星上可以找到生命的几率。

[Astronomy 2013年10月]

 

内容来自 火流星

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