圖解系外行星發(fā)現(xiàn)史（6）

文/ 葉楠

系外行星之最

在已經(jīng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的5000 多顆系外行星之中，有近至比鄰星附近的，有遠(yuǎn)在數(shù)萬光年以外的；有半徑只有地球三分之一的，有半徑超過地球30 倍的；有誕生不足50 萬年的新生行星，有年齡已超100 億年的老年行星；有的圍繞恒星公轉(zhuǎn)周期只有不到1 個小時，有的卻需要超過100 萬年。本期內(nèi)容我們將為大家介紹已發(fā)現(xiàn)系外行星中最奇特的存在。

距離最近與最遠(yuǎn)的系外行星

距離我們最近的恒星是南門二三合星系統(tǒng)中的比鄰星，距離約4.2 光年。2016 年歐洲南方天文臺在比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)了比鄰星b。圖為比鄰星b 和南門二三顆恒星的藝術(shù)想象圖。

已知距離我們最遠(yuǎn)的系外行星分別是SWEEPS-11 和SWEEPS-04，這兩顆系外行星都位于人馬座方向，分別圍繞兩顆不同的恒星公轉(zhuǎn)，距離我們約27700 光年。其中SWEEPS-11 的體積比木星略大，SWEEPS-04 的體積比木星略小，半徑分別是木星的1.13 倍和0.83 倍，質(zhì)量分別是木星的9.7 倍和3.8 倍。

質(zhì)量最小的系外行星

PSR B1257+12A 是已知質(zhì)量最小的系外行星，它位于室女座方向，距離我們約2300 光年，質(zhì)量只有地球的五十分之一。這顆系外行星圍繞一顆脈沖星公轉(zhuǎn)，因為發(fā)現(xiàn)于1994 年，所以它的編號后綴是A，并不符合后來才約定的系外行星從小寫字母b 開始的命名規(guī)則。2014 年國際天文聯(lián)合會啟動了系外行星世界命名活動，根據(jù)公眾提名和投票為部分系外行星取了新的名字。這顆質(zhì)量最小的系外行星的新名字是尸鬼星，這是北歐神話中的不死生物的名字。后續(xù)天文學(xué)家又在這顆脈沖星附近發(fā)現(xiàn)了其他兩顆系外行星，圖為這顆脈沖星及其3 顆系外行星的藝術(shù)想象圖。

由于很難界定行星和褐矮星的界線，所以無法確定質(zhì)量最大的系外行星。

半徑最小與最大的系外行星

開普勒37 是一顆和太陽相似的G 型恒星，質(zhì)量和半徑約是太陽的0.8倍，年齡為56.6 億年。有4 顆系外行星圍繞開普勒37 運行，其中開普勒37b 是一顆半徑只有地球約三分之一的行星，它很有可能是一顆固態(tài)行星，其表面溫度高達(dá)400℃以上，不可能有液態(tài)水存在。

右圖是由歐洲南方天文臺甚大望遠(yuǎn)鏡拍攝的TYC 8898-760-1 恒星及其兩顆行星的真實圖像。這是天文學(xué)家首次直接觀測到不止一顆行星圍繞一顆類太陽恒星運行。其中TYC 8898-760-1 b 的半徑約是木星的3 倍，質(zhì)量是木星的14 倍，公轉(zhuǎn)軌道距離為162 天文單位，相當(dāng)于海王星至太陽距離的5 倍。

密度最小與最大的系外行星

開普勒51 是一顆年輕的類似太陽的恒星，它的年齡只有5 億年，發(fā)光能力是太陽的0.66 倍。在它的周圍已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3 顆系外行星，分別是開普勒51b、c 和d。這3 顆系外行星的密度是已知所有系外行星中最低的，其中開普勒51d 的密度測定值為每立方厘米0.046 克，b 和c 的密度也被確定在每立方厘米0.05 克以下。與之對比，地球的密度是每立方厘米5.5 克，土星的密度是每立方厘米0.687 克。圖為開普勒51 行星系統(tǒng)藝術(shù)想象圖。

密度最大的系外行星有可能是開普勒131c，它的密度高達(dá)每立方厘米77.7 克，但是測量誤差很大，還需要進(jìn)一步確認(rèn)。

溫度最低與最高的系外行星

已知溫度最低的系外行星是距離我們2.2 萬光年之外的OGLE-2016-BLG-1195Lb，這是一顆質(zhì)量與地球差不多的系外行星，2017 年通過微引力透鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)。它到母恒星的距離和日地距離也基本一致，但是它的表面溫度據(jù)估計只有-240℃，被認(rèn)為是表面溫度最低的系外行星。原因是它圍繞公轉(zhuǎn)的是一顆質(zhì)量非常小的恒星，天文學(xué)家們甚至尚無法確認(rèn)它究竟是不是一顆恒星。

KELT-9b 則是一顆表面溫度高達(dá)3700℃的系外行星，它圍繞一顆半徑比太陽大2 到3 倍、質(zhì)量是太陽2到5 倍的大質(zhì)量恒星公轉(zhuǎn)，恒星的表面溫度高達(dá)9700℃以上，而且KELT-9b 的軌道半徑只有不到0.035 天文單位，軌道周期小于1.5 天。如此熾熱的恒星以及如此近的距離使得KELT-9b 成為了已知最熾熱的系外行星。圖為KELT-9b 與它藍(lán)白色恒星的藝術(shù)想象圖。

公轉(zhuǎn)周期最短與最長的系外行星

SWIFT J1756.9-2508 是一顆毫秒脈沖星，脈沖周期為5.5 毫秒。它是在2007年由雨燕伽馬射線探測器發(fā)現(xiàn)的，同時還發(fā)現(xiàn)它擁有一顆具有行星級別質(zhì)量的伴星，被稱為SWIFT J1756.9-2508 b。這顆天體的質(zhì)量約是木星質(zhì)量的7.8 倍，有可能是一顆公轉(zhuǎn)周期不到1 個小時的系外行星。

COCONUTS-2 b 是一顆氣態(tài)巨行星，圍繞一顆M 型的紅色恒星公轉(zhuǎn)。它的質(zhì)量是木星的6.3 倍，公轉(zhuǎn)軌道半徑達(dá)到7500 天文單位，公轉(zhuǎn)一周需要110 萬年。這顆行星發(fā)現(xiàn)于2011 年，距離我們約35 光年，表面溫度約160℃，是迄今為止通過直接成像法發(fā)現(xiàn)的距離我們最近的系外行星，也是人類直接觀測到的溫度最低的系外行星之一。圖中左上紅色天體是COCONUTS-2 b，右下是它圍繞運行的恒星。

擁有最多系外行星的恒星系統(tǒng)

這是一個已知系外行星數(shù)量最多的，也是同我們的太陽系十分相似的恒星系統(tǒng)。開普勒90 是一顆與太陽相似的黃色G 型恒星，同太陽系類似也有8 顆系外行星圍繞著它公轉(zhuǎn)。其中有和地球大小相當(dāng)?shù)墓虘B(tài)行星，也有和木星大小相仿的氣態(tài)行星，其中開普勒90i 是一顆有著1.3 倍地球半徑、2.3 倍地球質(zhì)量的超級地球。最大的不同在于開普勒90的行星軌道半徑都距離恒星更近，這使得它們的表面過于炎熱而不可能有液態(tài)水的存在。開普勒90 位于2700 光年遠(yuǎn)的地方，亮度為14 等，天文愛好者們可以利用中等大小的望遠(yuǎn)鏡找到它。圖為開普勒90 行星系統(tǒng)示意圖。

擁有最多恒星的系外行星系統(tǒng)

開普勒64b 是一顆比海王星更大的氣態(tài)巨行星，它每137天圍繞一對雙星公轉(zhuǎn)一周。這對雙星分別是一顆表面溫度比太陽更高的淺黃色F 型恒星和一顆表面溫度較低的紅色M 型恒星。而在距離開普勒64b900 天文單位之外的地方，還有另一對雙星圍繞著這個行星系統(tǒng)運行。也就是說在開普勒64b 這顆行星周圍有4 顆恒星存在，如果你在它的表面將有機(jī)會看到4 個太陽同時掛在天上。圖為開普勒64b 的藝術(shù)想象圖，近景是開普勒64b，中景是它圍繞公轉(zhuǎn)的兩顆恒星，左上方是另外兩顆遙遠(yuǎn)的恒星。

平均行星質(zhì)量最小和最大的系外行星系統(tǒng)

開普勒444 擁有5 顆系外行星。最小的行星與水星相當(dāng)，最大的也不過金星大小，這是已發(fā)現(xiàn)系外行星系統(tǒng)中行星平均質(zhì)量最小的系外行星系統(tǒng)。它們到恒星的距離比水星到太陽的距離還要近。水星的公轉(zhuǎn)周期是88 天，而這5 顆行星的公轉(zhuǎn)周期最長不超過10 天。據(jù)研究，開普勒444 是一個非常古老的行星系統(tǒng)，它形成于距今112 億年以前，也是人類發(fā)現(xiàn)的最古老的類地行星系統(tǒng)之一。圖為開普勒444 行星系統(tǒng)的藝術(shù)想象圖。

蛇夫座ν 擁有兩顆大質(zhì)量系外行星，質(zhì)量分別是木星的22.2 倍和24.6 倍。被認(rèn)為是平均質(zhì)量最大的系外行星系統(tǒng)，不過這個質(zhì)量大小也有可能是褐矮星。

隨著新一代空間望遠(yuǎn)鏡的升空以及系外行星技術(shù)的發(fā)展，今天的系外行星之最都會被新的發(fā)現(xiàn)所替代。無論我們發(fā)現(xiàn)的最大的還是最小的、最近的還是最遠(yuǎn)的，人類最期盼的還是那些最像地球的系外行星的發(fā)現(xiàn)，最好還是在距離我們不太遙遠(yuǎn)的地方。下期我們將介紹距離我們最近的那些系外行星。