熱木星太陽系外的“火熱”謎題

2019年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予了兩位瑞士科研人員——梅耶（Michel Mayor）和奎羅茲（Didier Queloz），以表彰他們首次發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類似太陽的恒星運(yùn)行的太陽系外行星。它就是飛馬座51-b，也是我們今天要聊的主角——熱木星。

意外發(fā)現(xiàn)

早在飛馬座51-b被發(fā)現(xiàn)的十多年前，科研人員已經(jīng)開始嘗試尋找太陽系外的行星了。那時(shí)的大家沒見過系外行星的樣子，所以只能以太陽系為模板尋找。在太陽系里，木星最大、最容易被探測，大家期待能先找到像木星這樣的系外行星。

飛馬座51-b的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)在學(xué)界的意料之外，是天文學(xué)上的一座里程碑。木星的質(zhì)量約為地球的318倍，也是太陽系內(nèi)所有其他行星質(zhì)量總和的2.5倍，與太陽的平均距離為5.2個(gè)天文單位（1個(gè)天文單位為太陽與地球之間的距離，約為1.496億千米）。

飛馬座51-b的質(zhì)量和木星差不多，但與其宿主恒星的距離，居然只有木星和太陽之間距離的1%。它離恒星如此近，表面溫度被“烤”得超過1000攝氏度，于是人們給這類行星起了個(gè)形象的名字——“熱木星”。

神奇的存在

根據(jù)開普勒第三定律，軌道半徑越小，行星運(yùn)行的周期就越短。飛馬座51-b繞它的主星公轉(zhuǎn)一周只需要地球上的4天，也就是說，這顆行星上的“1年”只相當(dāng)于我們的4天，而木星繞太陽一周卻要地球上的11年多。

因?yàn)闊崮拘请x它們的主星太近，所以熱木星的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都達(dá)到了“潮汐鎖定”，就像月球總是只有一面朝向地球一樣，熱木星也總是用固定的一面朝向它的主星，這一面永遠(yuǎn)是白天，而另一面永遠(yuǎn)是黑夜。

雖然人類現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾百顆熱木星，但其實(shí)它們是一類相對稀有的行星。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大概每100顆類似太陽的恒星周圍才有1顆熱木星。

謎之起源

學(xué)界研究熱木星已經(jīng)快30年了，關(guān)于它們的起源，科研人員提出了各種各樣的假設(shè)。大多數(shù)人認(rèn)為，熱木星并非其當(dāng)前軌道上的“原住民”，而是先在遠(yuǎn)離恒星的外部區(qū)域形成，隨后再借助某種軌道遷移機(jī)制，逐漸遷徙至現(xiàn)位置的“外來移民”。

遷移機(jī)制有很多種，大概可以分為兩類：一類是在行星系統(tǒng)形成早期，通過和周圍的原行星盤（年輕恒星外圍繞的濃密盤狀氣體）相互作用，來驅(qū)動(dòng)軌道向內(nèi)遷移；另一類則是在行星系統(tǒng)形成后期，原行星盤消散后，通過與其他行星或恒星的引力作用來驅(qū)動(dòng)。具體是哪些機(jī)制起了作用，以及各自起了多少作用，目前還是熱木星研究的焦點(diǎn)。

當(dāng)然，也有部分科研人員認(rèn)為熱木星可能就在現(xiàn)在的位置上形成，且這個(gè)觀點(diǎn)似乎也因熱木星的一些特性而得到了支持。

總之，熱木星的起源還是個(gè)未解之謎，科研人員正在通過觀測和理論研究，努力揭開這個(gè)宇宙奧秘。

悲壯命運(yùn)

熱木星離恒星太近了，這給它們帶來了危險(xiǎn)。它們和恒星之間的潮汐作用會(huì)不斷消耗軌道能量，使得它們的軌道半徑越來越小。有些熱木星因?yàn)殡x主星太近，會(huì)被恒星的潮汐力撕裂，最終被恒星吞噬。

2019年，科研人員發(fā)現(xiàn)了一顆熱木星——WASP-12b，它的軌道正在收縮，預(yù)計(jì)會(huì)在300萬年后掉入主星。2023年，科研人員利用我國的郭守敬望遠(yuǎn)鏡觀測資料進(jìn)行大樣本統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)熱木星的出現(xiàn)頻率正隨時(shí)間逐漸變低，這進(jìn)一步揭示了熱木星那“飛蛾撲火”般的悲壯命運(yùn)。

熱木星的發(fā)現(xiàn)打破了人類長期以來從太陽系行星中獲得的行星刻板印象，挑戰(zhàn)了基于太陽系的傳統(tǒng)行星形成演化理論，讓人們意識(shí)到，行星可以存在于任何軌道距離上。此后，科研人員對系外行星的探索變得更有針對性，發(fā)現(xiàn)的系外行星越來越多，速度也越來越快。可以說，熱木星為人類打開了系外行星的大門。

此外，因?yàn)闊崮拘浅叽绱蟆囟雀撸运鼈優(yōu)榭蒲腥藛T提供了研究行星大氣物理和化學(xué)性質(zhì)的絕佳實(shí)驗(yàn)室。熱木星研究正不斷驅(qū)動(dòng)著人類探測技術(shù)的發(fā)展。

（責(zé)任編輯 / 牛一名" 美術(shù)編輯 / 周游）