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天文学家找到已知一年最长的系外行星

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天文学家找到已知一年最长的系外行星

2014-07-31

天文学家找到1颗迄今已知“1年”最长的系外行星。编号开普勒421b(Kepler-421b)的系外行星,绕其母恒星公转1周的时间长达704 天。相较之下,火星绕太阳一周约为687天,比开普勒421b稍短一些,迄今已知的1800多颗系外行星,绝大部分都很靠近它们的母恒星,因此公转周期也 短得多了。

此项研究论文的第一作者哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)大卫.基平(David Kipping)表示,一般而言,离母恒星愈远的行星,其轨道倾角小到能从母横恒星前方通过的机率愈低;像开普勒421b这样的行星,发生凌日现象 (transit)的机率仅有0.3%。

更难的是,已经工作了4.35年开普勒任务迄今只侦测到2次开普勒421b造成的凌日现象,这比周期短得多的系外行星还难侦测得多,在相同期间内,周期短的系外行星造成的凌日现象估计可以有数百次呢!

这两种困境加总之下,以凌日法发现长周期系外行星的机会会随周期增长而减少,约P^(-5/3),举例来说:发现公转周期约仅3天的热海王星(hot- Neptune)的机率,大约比像开普勒421b这样的雪线海王星(frost-line-Neptune)还高了9000倍左右。由此便可知发现开普勒 421b是多么幸运的事!

开普勒421系统的母恒星是颗橘色的K型恒星,比我们的太阳还稍冷、稍暗一些,距离地球约1040光年,位在天琴座方向。

系外行星开普勒421b距离其母恒星约1亿7700万公里,大小相当于天王星(约4倍地球直径),轨道离心率e约0.04(几乎与天王星相同)。所以基平 等人「合理的认为」这颗行星的外观很可能与天王星和海王星类似,若采用天王星的表面反照率(albedo)估算其表面表面温度的话,得出仅有约摄氏零下 93度左右。

这颗行星的轨道位在分隔岩质行星和气态行星的「雪线(snow line或frost line)」之外,因此水分会冻结成冰粒,冰粒又彼此沾黏在一起而形成气体巨行星。

雪线对行星形成理论非常重要。天文学家认为所有的气体巨行星都是在雪线以外之处形成的。既然绝大部分迄今已发现的气体巨行星都位在距离母恒星非常近、公转 周期仅有短短的数小时到数天的位置上,因此理论学者相信应该有许多系外行星在形成早期就开始向内迁移,才会成就现在观测到这许多的热木星。

行星系统中的雪线位置并不固定,会随年轻恒星周围的原行星盘(protoplanetary disc)演化而逐渐向内迁移。以开普勒421b的例子来说,基平等人估计在这个行星系统诞生后约300万年时的雪线位置,大约就在开普勒421b目前所在位置。

一般认为,行星大约会在原行星盘形成后的最初300万~1000万年内陆续形成,这意味着我们现今所见的开普勒421b位置就是它诞生的位置。所以由开普勒421b来看,行星并不一定得经历迁移的过程。这可能是以凌日法观测到的第一个无迁移气体巨行星。

此外,开普勒421b的大小仅相当于天王星等级,而不是木星等级,这可能是因为开普勒421b是在行星形成时期的最后阶段形成的,因此制造行星的材料已经 不足以让它可以继续增大至木星等级。当然,基平等人并无法确知这颗行星到底是如何形成的,毕竟没人在那儿看着它诞生茁壮。但至少现在所见的各类线索,可稍 稍透露这颗行星的部分历史故事。

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