天文學家發現兩顆棉花般的超低密度行星

星空天文 發佈 2020-01-04T06:07:28+00:00

對系外行星的研究近年來正在蓬勃發展。天文學家已經確認了4000多顆位於太陽系以外的行星,且仍有近5000顆正待確認。研究結果顯示,宇宙中行星的形態十分多樣,有一些行星的形態甚至是我們在太陽系中從未見過的。開普勒51行星系統中的3顆巨行星和太陽系部分行星的比較。

對系外行星的研究近年來正在蓬勃發展。天文學家已經確認了4000多顆位於太陽系以外的行星,且仍有近5000顆正待確認。研究結果顯示,宇宙中行星的形態十分多樣,有一些行星的形態甚至是我們在太陽系中從未見過的。

開普勒51行星系統中的3顆巨行星和太陽系部分行星的比較。NASA / ESA / STScI

最近哈勃太空望遠鏡發現的一種新型系外行星,看起來就像一朵朵巨大的棉花。它們個頭很大,質量卻很小。這意味著它們的密度極低。它們被稱為「超級蓬鬆(super-puff)」行星。

迄今為止人們總共發現了兩朵行星棉花,它們都位於開普勒51行星系統。這個行星系統的主星是一顆類日恆星,距離地球約2615光年,位於天鵝座。2012年,開普勒太空望遠鏡在這裡發現了3顆行星。2014年,這些行星的密度被確認,而結果讓天文學家大吃一驚。

這3顆行星中有2顆——開普勒51b和開普勒51d的大小和木星相仿,但質量卻不足地球的數分之一。它們的大氣層因何得以維持,天文學家百思不得其解。

這兩顆行星從主星前方掠過時所呈現出來的光譜特徵表明,它們的大氣中存在鹽晶雲層或光化學煙霧。它們大氣主要成分是氫和氦,但是除此之外,它們還被一層濃厚的甲烷霧霾所籠罩——就像土衛六那樣。

這讓天文學家吃了一驚,因為他們原本估計會發現水。但是這些行星卻乾燥蓬鬆得像棉花。在它們的大氣中,研究人員甚至連一點水分子的跡象都沒有找到。

根據行星每一次公轉周期間存在的時間差,研究人員儘可能準確地對它們的體積和質量進行了估算。結果發現,開普勒51d的質量比之前認為的還要小。

在比較了這兩朵棉花和其他行星的光譜數據之後,研究人員發現在行星雲層和行星溫度之間存在某種關聯性——行星的溫度越低,行星的雲層就越多。

人們還發現,這兩朵棉花正在快速地失去質量。開普勒51b每秒丟失的物質總量高達幾百億噸。它們正在縮小,天文學家估計,幾十億年後它們會變成非常常見的「迷你海王星」。這也意味著,這兩顆行星也不是那麼的與眾不同。行星的「蓬鬆程度」似乎和行星系統的年齡有關——太陽系已存在46億年,而開普勒51僅誕生了5億年。

據推測,這兩顆行星都是在開普勒51的「雪線」外形成的。「雪線」以外,行星系統中的所有易揮發物質都會凝固。它們誕生在遠離主星的地方,並在隨後的時間內逐漸向靠近主星的地方遷徙轉移。這兩顆行星很可能是常見行星類型的早期形態。

迷你海王星結構猜想。它們的體積是地球的1.5到4倍,有岩核和蓬鬆的氣體殼。Geoff Marcy

參考:
The Featureless Transmission Spectra of Two Super-Puff Planets
https://arxiv.org/pdf/1910.12988.pdf

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