五千個已知的世界。這是正在進行的系外行星搜尋的下一個最受矚目的里程碑,已確認的總數目前統計在我們目錄中僅差幾百個。然而,比這些純粹的數字更引人注目的是它們揭示的多樣性。天文學家豐富的寶藏中,有一小部分世界類似於繞太陽執行的世界,但大多數都更加奇異:熾熱的氣態巨行星每隔幾天繞其恆星執行一次,海王星大小的蓬鬆球密度像棉花糖一樣,還有成群的小行星像沙丁魚一樣擠在微小、涼爽的恆星周圍。與這些事物相比,我們自己熟悉的、據說是典型的太陽系反而顯得格格不入。
最新的奇異系外行星挑戰了我們的先入之見,並再次強調了我們還有多少東西需要發現,那就是 GJ 367b,這個世界如此奇異,似乎更適合重金屬專輯封面或通俗科幻故事的頁面,而不是現實。12 月 2 日在《科學》雜誌上宣佈,這顆行星本質上可能是一個發光的半熔化鐵球,大小是地球的四分之三。
GJ 367b 由德國航空航天中心 (DLR) 的克里斯汀·拉姆及其同事使用 NASA 的凌日系外行星勘測衛星 (TESS) 發現,是一顆奇特的“亞地球”世界,位置相對較近,圍繞一顆距離我們 31 光年的小型紅矮星執行。TESS 的測量結果顯示,這顆行星寬 9,000 公里,比火星寬約三分之一,隨後使用另一個設施,即歐洲南方天文臺的高精度徑向速度行星搜尋器 (HARPS) 進行的觀測表明,它的質量僅為地球的一半。綜合來看,這些結果暗示了一個驚人的密度——每立方厘米約八克,接近純鐵的密度。“這顆行星很可能半徑約 80% 是鐵,”拉姆說,行星的其餘部分被岩石矽酸鹽地幔包裹,結構與我們太陽系中的水星相似。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
但與水星不同,水星在 88 天的軌道上繞太陽 5800 萬公里執行,GJ 367b 離它的恆星要近得多,僅在 7.7 小時內完成一次軌道執行,距離僅為 100 萬公里。這意味著行星沐浴在星光下的表面溫度可能高達 1,500 攝氏度,足以熔化岩石和金屬。“住在上面可能不太愉快,”拉姆說。
先前已發現約 100 顆所謂的超短週期岩石系外行星,但 GJ 367b 在其中脫穎而出,成為有史以來觀測到的最小和質量最小的行星。它靠近恆星意味著它很可能受到引力效應的潮汐鎖定,這意味著它始終將相同的半球朝向恆星,就像月球對地球一樣。巨大的白天溫度可能意味著這顆行星的一半被岩漿海洋覆蓋。“在這些溫度下,您期望您的矽酸鹽處於液相,”法國艾克斯-馬賽大學的亞歷山大·桑特恩說,他沒有參與這項工作,但之前發現了另一顆類似水星的系外行星。“它會像一個大岩漿池。”與此同時,行星的夜晚側溫度會大大降低,這意味著它“應該是固體岩石,”桑特恩說。在晝夜之間的終結線上,您會期望“非常涼爽的岩石和岩漿之間存在一些過渡,”他說。如果這顆行星有任何類似大氣層的跡象,這種差異可能會導致狂風暴雨,但大多數專家認為,GJ 367b 極端的恆星距離早已使其變得沒有空氣。
這顆行星如何達到其令人沮喪的狀態有點神秘,這可能對我們自己的太陽系具有重要的啟示。導致 GJ 367b 被潮汐鎖定的相同引力力應該早已擾亂了行星最初的形成過程;人們認為行星不會在離恆星非常近的地方形成。相反,它們可能從更遠的地方向內遷移——這個過程有時會導致壯觀的行星際碰撞,當世界真正碰撞時。類似的巨型撞擊可能塑造了我們自己的水星,水星可能曾經在結構上更像地球。“最好的解釋,但不是一個好故事,是某個物體撞擊了水星,並留下了一個主要是鐵的物體,”普林斯頓大學的約書亞·溫恩說,他是 GJ 367b 發現論文的合著者。但他補充說,這種假設“有點令人不安,因為它呼叫了這次碰撞,而我們沒有其他證據。”“如果我們弄清楚為什麼存在這些富含鐵的超短週期行星,也許會與水星的故事有關聯。”
一種可能性是,超短週期岩石世界(如 GJ 367b)並非災難性碰撞的結果,而可能是恆星效應烹飪掉遷移巨行星的氣態包層後留下的殘餘鐵核。天文學家不斷擴充套件的系外行星普查已經發現了巨大的“熱木星”以及 GJ 367b 這樣的世界,它們都在非常靠近恆星的軌道上執行。然而,值得注意的是,在這些極端環境中,缺少尺寸介於兩者之間的海王星類世界。原因可能是這些世界被系統中另一顆行星推向內側,然後在接近恆星時被剝奪了氫氣和氦氣大氣層,只留下岩石內部。“[GJ 367b] 很可能是一顆更大的行星,實際上已經被烤焦了,”拉姆的前教授、英國華威大學的唐·波拉科說,他沒有參與這項研究。“你可以想象我們正在觀察一顆蒸發行星的壓縮核心。”
對於水星來說,考慮到它與太陽的距離相對較遠,這種奇異的起源故事不太可能。但是,進一步研究水星,以及使用下一代設施(如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡)對超短週期行星進行更多觀測和發現,可能會使我們更接近了解這些世界是如何形成的答案。最重要的是,這項工作繼續強調,在目前已知的太陽系外數千顆行星中,我們不斷發現奇怪而奇妙的地方。“我們去尋找太陽系,”波拉科說。我們發現的,並將繼續發現的,是與我們想象的任何事物都不同的世界。
