開普勒-78b位于天鵝座方向,距離(li)地球400光年。它的體(ti)積是地球的1.2倍,質量是地球的1.7倍。
這顆編號為"開普勒-78b"的行星(xing)每隔8.5小時繞其中央恒星(xing)公轉一(yi)周。由于離中央恒星(xing)太近(jin),它的表面溫度(du)高于2000攝氏度(du),不適合生(sheng)命生(sheng)存。
“開普勒-78b”是利用美國宇(yu)航局“開普勒太空望遠鏡(jing)”收集的(de)(de)(de)(de)數據發現的(de)(de)(de)(de),花費了(le)3.5年(nian)時間觀測恒(heng)星(xing)(xing)亮度規律性的(de)(de)(de)(de)下降,也就是俗稱的(de)(de)(de)(de)過境,它(ta)(ta)描(miao)述了(le)行星(xing)(xing)從恒(heng)星(xing)(xing)面(mian)(mian)前經(jing)(jing)過的(de)(de)(de)(de)特征。這(zhe)揭示了(le)行星(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)大小,它(ta)(ta)遮擋(dang)的(de)(de)(de)(de)星(xing)(xing)光越(yue)多,行星(xing)(xing)體(ti)積越(yue)大。為了(le)捕捉當行星(xing)(xing)經(jing)(jing)過恒(heng)星(xing)(xing)表(biao)面(mian)(mian)時所導致的(de)(de)(de)(de)亮度變暗,這(zhe)架望遠鏡(jing)在太空運轉了(le)4年(nian),對150000多顆恒(heng)星(xing)(xing)進行了(le)不(bu)間斷監(jian)視。
天文學(xue)家利(li)用一種(zhong)叫“視向(xiang)速度”的(de)方法測(ce)量了該行星(xing)的(de)質量。這種(zhong)方法基于行星(xing)圍繞中央(yang)恒星(xing)公轉時,彼此(ci)的(de)引力牽引導(dao)致(zhi)恒星(xing)的(de)晃動。又(you)以“凌星(xing)法”測(ce)量了其質量,當(dang)系外行星(xing)經(jing)過中央(yang)恒星(xing)表面的(de)時候,會短暫遮擋一些光線,導(dao)致(zhi)星(xing)光看起來(lai)變暗(an),“開普勒望遠鏡”基于這點來(lai)判(pan)斷(duan)出行星(xing)的(de)體積(ji)。
“開普勒(le)-78b”是第一(yi)顆(ke)同時精(jing)確測定了質量和(he)體(ti)積的(de)系外行(xing)星。知(zhi)道這兩(liang)個參數之后,天(tian)文學家(jia)就可(ke)以計算它(ta)的(de)密度和(he)判定它(ta)的(de)組成(cheng)。研究表明(ming),“開普勒(le)-78b”的(de)體(ti)積是地(di)球的(de)1.2倍(bei),質量是地(di)球的(de)1.7倍(bei)。由此推(tui)斷,這顆(ke)行(xing)星主要由巖石(shi)和(he)鐵組成(cheng)的(de)。
開普勒太空望遠鏡首次觀測到并沒有提供行星質量的任何直接暗示,因此行星的密度,作為行星組成成分的線索,也成了未知數目前為止測量行星質量最成功的的技術便是觀測行星引力導致恒星的微小波動。行星質量越大,距離恒星越近產生的波動也就越大。地球質量的行星一般非常小以至于很難檢測到波動的變化,除非它們距離母恒星非常的近,當科(ke)學家們發現開普勒-78b公(gong)轉一年(nian)只(zhi)有8小時(shi)后,兩支科(ke)研(yan)小組嘗試的計算(suan)了(le)它的質(zhi)量(liang)。
霍(huo)華德的(de)研(yan)究小組利(li)用(yong)位于夏威夷的(de)凱克(ke)望(wang)(wang)遠鏡觀(guan)測它的(de)恒星。同時瑞士日內瓦大學的(de)弗朗西斯科·佩佩(Francesco Pepe)帶領的(de)另(ling)一支研(yan)究小組利(li)用(yong)西班(ban)牙拉帕(pa)爾瑪(ma)島的(de)高精度(du)徑向速度(du)行(xing)(xing)星搜索(suo)儀(HARPS-N)望(wang)(wang)遠鏡進(jin)行(xing)(xing)觀(guan)測。
霍華德的研究小(xiao)組(zu)報告稱這(zhe)顆(ke)行(xing)星(xing)半徑是(shi)(shi)地(di)(di)球的1.2倍,質量是(shi)(shi)地(di)(di)球的1.69倍。佩佩小(xiao)組(zu)計算出它的半徑是(shi)(shi)地(di)(di)球的1.6倍,質量是(shi)(shi)地(di)(di)球的1.86倍。兩者都提出了該(gai)行(xing)星(xing)密度大約為5.5克(ke)每立方厘米,這(zhe)與地(di)(di)球非常相似,暗示著它具有(you)鐵和(he)巖(yan)石的組(zu)成成分。
不幸的(de)(de)是(shi),這(zhe)顆行星(xing)非常(chang)(chang)炙熱(re)以至于巖石(shi)可能(neng)已經熔化。因此利用(yong)這(zhe)項(xiang)技術發(fa)現更(geng)冷更(geng)宜居的(de)(de)地球雙(shuang)胞胎可能(neng)會非常(chang)(chang)艱難,這(zhe)主要是(shi)因為它(ta)們與宿主恒星(xing)的(de)(de)距離(li)。
研究人員認為開(kai)普(pu)勒78b與母(mu)星之間的距離(li)只有水星-太陽(yang)間距離(li)的大約(yue)1/40。據估計,這顆行星的表面(mian)可(ke)能(neng)已經(jing)完(wan)全熔化,形(xing)成一個巨大的熔巖海洋,溫(wen)度高達(da)2760攝(she)氏(shi)度。
開(kai)(kai)普(pu)勒78b環繞的(de)恒星(xing)可(ke)能(neng)比較(jiao)年(nian)輕,旋轉速度是太陽的(de)2倍。令天文學家感到(dao)興奮的(de)是,他們探(tan)測(ce)到(dao)來自開(kai)(kai)普(pu)勒78b的(de)光線。這是天文學家第一(yi)次探(tan)測(ce)到(dao)體積如此小的(de)系外行星(xing)反射(she)的(de)光線,能(neng)夠幫(bang)助他們了解(jie)開(kai)(kai)普(pu)勒78b的(de)表(biao)面(mian)構成和反射(she)性(xing)。
開(kai)(kai)普(pu)(pu)勒78b距離母(mu)星(xing)(xing)很近,科學家(jia)希(xi)望對這顆(ke)行星(xing)(xing)的(de)(de)引力對母(mu)星(xing)(xing)產生的(de)(de)影(ying)響(xiang)進(jin)行測量。測量獲取(qu)的(de)(de)數據可用于推算開(kai)(kai)普(pu)(pu)勒78b的(de)(de)質量,讓開(kai)(kai)普(pu)(pu)勒78b成(cheng)為第一顆(ke)質量可知(zhi)的(de)(de)體積與地球相(xiang)當的(de)(de)系(xi)外行星(xing)(xing)。為了(le)發現開(kai)(kai)普(pu)(pu)勒78b,研究小組借助開(kai)(kai)普(pu)(pu)勒望遠鏡對超過15萬(wan)顆(ke)恒星(xing)(xing)進(jin)行了(le)觀(guan)測。
為了發(fa)(fa)現開(kai)普勒(le)78b,研究小組對能夠說明(ming)一(yi)顆行星可能周期性在恒星前方(fang)穿過的光線變暗現象進(jin)行了觀(guan)測。麻省理工學院的羅(luo)伯(bo)托(tuo)·薩奇斯·奧杰達表示:“我(wo)一(yi)直(zhi)密切觀(guan)察,突然間(jian),我(wo)發(fa)(fa)現光線變暗,所出(chu)現的時間(jian)與我(wo)們的預計相同,真的是(shi)太美了。我(wo)認為我(wo)們發(fa)(fa)現了來(lai)自這顆行星的光線。這是(shi)一(yi)個令人非常興奮的時刻!“
雖然體積與地球(qiu)相(xiang)當(dang),開普勒78b幾乎不(bu)(bu)具有適居(ju)(ju)性(xing),原因(yin)就在(zai)(zai)于距離母星(xing)(xing)(xing)(xing)太近(jin)。韋恩指出:“生活(huo)在(zai)(zai)一(yi)個(ge)充斥著熔巖的(de)世界(jie)將是怎樣一(yi)番景(jing)象,你只能靠(kao)自己的(de)想象了。”不(bu)(bu)過,這并不(bu)(bu)能排除其(qi)他軌道周期較短(duan)的(de)系外行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)具有適居(ju)(ju)性(xing)。韋恩的(de)小組正(zheng)在(zai)(zai)尋找環(huan)繞冷星(xing)(xing)(xing)(xing)運行(xing)(xing)的(de)系外行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)。冷星(xing)(xing)(xing)(xing)也(ye)被稱(cheng)之為(wei)“褐矮星(xing)(xing)(xing)(xing)”,是一(yi)種“失敗的(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)”,因(yin)質量不(bu)(bu)足(zu)無法成為(wei)燃燒(shao)的(de)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing),但其(qi)質量仍(reng)遠大于太陽(yang)系最大的(de)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)木星(xing)(xing)(xing)(xing)。韋恩說(shuo):“如果環(huan)繞一(yi)顆(ke)褐矮星(xing)(xing)(xing)(xing)運行(xing)(xing)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)會在(zai)(zai)幾天內(nei)靠(kao)近(jin)這顆(ke)恒(heng)星(xing)(xing)(xing)(xing)。此時的(de)行(xing)(xing)星(xing)(xing)(xing)(xing)如果溫度(du)適中(zhong)的(de)話仍(reng)有適居(ju)(ju)性(xing)。
“我(wo)們并沒(mei)有發現尋(xun)找(zhao)可居(ju)住區里地球大(da)(da)小行(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)捷徑(jing),”霍華德說道。“這(zhe)(zhe)(zhe)將(jiang)要求新一代的(de)(de)(de)(de)極(ji)穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)光譜攝影(ying)機(ji)以及世界上最(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)望遠(yuan)(yuan)鏡。”然而(er),開普(pu)(pu)勒-78b也提出了一個更(geng)(geng)加(jia)直接的(de)(de)(de)(de)謎題:為什么這(zhe)(zhe)(zhe)顆(ke)行(xing)星(xing)會存(cun)在?當行(xing)星(xing)系統(tong)形成時(shi),年輕的(de)(de)(de)(de)恒星(xing)更(geng)(geng)大(da)(da),它將(jiang)完全(quan)吞(tun)沒(mei)處(chu)于(yu)軌道的(de)(de)(de)(de)開普(pu)(pu)勒-78b。這(zhe)(zhe)(zhe)意味著這(zhe)(zhe)(zhe)顆(ke)行(xing)星(xing)應(ying)該形成于(yu)非常遠(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)距離然后朝恒星(xing)逐漸靠近。但(dan)如果(guo)事實的(de)(de)(de)(de)確如此,那么應(ying)該已經完全(quan)落入(ru)恒星(xing)內部。
無論是哪種情況,這顆行星的診斷都不容樂觀:理論學家預測在未來30億年,重力將導致開普勒-78b旋轉落入自身恒星并被撕成碎片,2013年12月(yue)10日據美國《探索(suo)》雜志網站報道,在眾多系外行星(xing)(xing)中(zhong),開(kai)普(pu)勒(le)-78b顯得與(yu)眾不(bu)同(tong),這不(bu)僅是因為(wei)它(ta)的(de)大小與(yu)地球(qiu)相當,可能擁有巖(yan)石(shi)的(de)地表和(he)一個鐵核。開(kai)普(pu)勒(le)-78b與(yu)地球(qiu)之間(jian)的(de)相似性(xing)可能還并不(bu)局(ju)限于此。它(ta)圍(wei)繞一顆與(yu)太陽相似的(de)恒(heng)星(xing)(xing)“開(kai)普(pu)勒(le)-78”運行,距離非常近,一“年”的(de)長度僅有8.5小時。事實(shi)上(shang),由于它(ta)和(he)它(ta)的(de)“太陽”之間(jian)的(de)距離實(shi)在太過接(jie)近,其地表的(de)平均(jun)氣溫要比地球(qiu)高出近2000攝氏度。因此,將其稱為(wei)一個“巖(yan)石(shi)”行星(xing)(xing)實(shi)際上(shang)是不(bu)嚴謹的(de),因為(wei)它(ta)更(geng)像是一顆被(bei)巖(yan)漿(jiang)淹沒的(de)地獄星(xing)(xing)球(qiu)。
但這還(huan)并非是開普勒-78b背后(hou)謎團的全(quan)部,事實(shi)上,科學家們認為這顆行星根本(ben)就(jiu)不應該存(cun)在。
美(mei)國哈佛(fo)-史密松天體物理中心(CfA)的天文學(xue)家大衛·拉森(David Latham)在一(yi)份新(xin)聞稿中表示(shi):“這顆(ke)行星完全是一(yi)個謎團。我(wo)(wo)們(men)不(bu)知道它(ta)為何會形成,也(ye)不(bu)知道它(ta)如何會遷移到它(ta)今天所在的位置上。但我(wo)(wo)們(men)的確很清楚一(yi)點(dian),那就(jiu)是這樣的狀況將(jiang)不(bu)會永遠(yuan)持續下(xia)去。”
按照現有的(de)(de)行星(xing)(xing)形(xing)成(cheng)理(li)論(lun),這(zhe)顆(ke)行星(xing)(xing)簡直就(jiu)是異類——它(ta)(ta)的(de)(de)體積很小(xiao),大約(yue)僅比地球(qiu)大出20%左(zuo)右,它(ta)(ta)不可能(neng)在所處(chu)(chu)的(de)(de)位置上(shang)演化形(xing)成(cheng),并(bing)且理(li)論(lun)中也找不出任(ren)何(he)一種機(ji)制能(neng)夠(gou)使其從別處(chu)(chu)遷移到這(zhe)里(li)。但(dan)有一點(dian)是肯定的(de)(de),那就(jiu)是它(ta)(ta)將(jiang)(jiang)無法在位置上(shang)堅持太久,它(ta)(ta)將(jiang)(jiang)注(zhu)定被恒星(xing)(xing)的(de)(de)大火吞噬(shi)。
不過這(zhe)里的“不久”當然是天文學意(yi)義的尺度(du),對于一顆根本(ben)就(jiu)不該存在的行星來說,這(zhe)樣的壽(shou)命已經夠慷慨了。按照估算,開普勒-78b將在大約30億(yi)年(nian)后落入(ru)恒星的熊(xiong)熊(xiong)烈焰之(zhi)中。
恒(heng)星(xing)(xing)開普勒-78位于天(tian)鵝座,距離(li)地球(qiu)約400光年。當(dang)(dang)其處于恒(heng)星(xing)(xing)演化的(de)早期階段(duan)時(shi),其體積要大得(de)多(duo)。而當(dang)(dang)天(tian)文學家們嘗(chang)試計算這顆(ke)恒(heng)星(xing)(xing)在(zai)其演化早期的(de)體積大小時(shi),他(ta)們發現那(nei)時(shi)候行星(xing)(xing)開普勒-78b的(de)軌道將會位于恒(heng)星(xing)(xing)內部。哈佛(fo)-史密松天(tian)體物理中心的(de)天(tian)文學家迪米(mi)特·薩塞洛夫(Dimitar Sasselov)說:“它當(dang)(dang)然(ran)不可能在(zai)今天(tian)所(suo)處的(de)位置(zhi)上(shang)形成,因為你不能在(zai)一顆(ke)恒(heng)星(xing)(xing)的(de)內部形成一顆(ke)行星(xing)(xing)。”
那么是否有可(ke)能是這顆行(xing)星早(zao)期(qi)曾(ceng)經擁(yong)有更(geng)遠的(de)軌道,而在此后才逐漸(jian)發生(sheng)了向內遷移?這一種(zhong)可(ke)能性也已(yi)經被研究(jiu)人(ren)員排除。薩塞洛夫表示(shi):“它不(bu)可(ke)能是在遠處形成之后再向內遷移到目(mu)前位(wei)置(zhi)的(de),因為如果那樣(yang)的(de)話(hua)它就會直(zhi)接(jie)一頭撞(zhuang)上恒(heng)星。因此我們處于兩難境(jing)地。”
但盡管擁有此類奇(qi)特的(de)(de)特征,開(kai)普勒-78b并不孤單,實際上它代表(biao)了一類由美國宇航局開(kai)普勒空間望遠鏡發現的(de)(de)新類型系外(wai)(wai)行星(xing)(xing)。這類系外(wai)(wai)行星(xing)(xing)的(de)(de)大(da)小(xiao)與地球(qiu)接近,并且(qie)軌道(dao)非常靠近恒(heng)星(xing)(xing)(公轉周(zhou)期低于12小(xiao)時(shi))。在(zai)這其(qi)中,開(kai)普勒-78b是首顆被測(ce)定了大(da)小(xiao)和(he)密度的(de)(de)成員。拉(la)森表(biao)示:“開(kai)普勒-78b是這一新類型系外(wai)(wai)行星(xing)(xing)的(de)(de)典型代表(biao)。”
盡管是開普勒(le)(le)小(xiao)(xiao)組最(zui)先發現(xian)了開普勒(le)(le)-78b,但在研究過(guo)(guo)程中科學家(jia)們還借(jie)助(zhu)了設置在西班牙加那利群(qun)島上的(de)(de)(de)(de)天(tian)文觀(guan)測(ce)設備,以及夏威夷凱克(ke)望(wang)遠鏡(jing)的(de)(de)(de)(de)高分辨(bian)率觀(guan)測(ce)數(shu)(shu)據(ju)。開普勒(le)(le)空間望(wang)遠鏡(jing)探測(ce)系外(wai)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)原理(li)是所(suo)謂(wei)的(de)(de)(de)(de)“凌星(xing)法(fa)”——即對恒(heng)(heng)(heng)星(xing)進行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)精(jing)確測(ce)光(guang),當(dang)有行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)從(cong)恒(heng)(heng)(heng)星(xing)面(mian)前(qian)經過(guo)(guo)時(shi)便(bian)會遮擋恒(heng)(heng)(heng)星(xing)的(de)(de)(de)(de)一部分光(guang)芒,從(cong)而(er)(er)(er)(er)導致恒(heng)(heng)(heng)星(xing)的(de)(de)(de)(de)亮度(du)出現(xian)輕微下降而(er)(er)(er)(er)被(bei)(bei)檢(jian)測(ce)到(dao)。這樣的(de)(de)(de)(de)測(ce)量(liang)數(shu)(shu)據(ju)可以用來估算(suan)系外(wai)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)直徑大小(xiao)(xiao)。而(er)(er)(er)(er)另一種方法(fa)則被(bei)(bei)稱作“徑向速(su)度(du)法(fa)”,其(qi)(qi)基本(ben)原理(li)是:當(dang)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)圍繞恒(heng)(heng)(heng)星(xing)運行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)時(shi),盡管其(qi)(qi)質量(liang)相(xiang)比恒(heng)(heng)(heng)星(xing)而(er)(er)(er)(er)言(yan)很小(xiao)(xiao),但仍然(ran)會對恒(heng)(heng)(heng)星(xing)產生一定的(de)(de)(de)(de)影響,使其(qi)(qi)出現(xian)輕微的(de)(de)(de)(de)晃動(dong)。通過(guo)(guo)檢(jian)測(ce)這種晃動(dong)效應,科學家(jia)們便(bian)能估算(suan)出系外(wai)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)質量(liang)大小(xiao)(xiao)。將徑向速(su)度(du)法(fa)與凌星(xing)法(fa)獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)資料相(xiang)結合,科學家(jia)們便(bian)可以計算(suan)出系外(wai)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)星(xing)的(de)(de)(de)(de)密度(du)數(shu)(shu)值。
天文(wen)學家(jia)們指出,在我們太(tai)(tai)陽(yang)系的內部水星(xing)軌道內側也完全可能曾經過一(yi)顆(ke)大行(xing)星(xing),只是后來(lai)整個被(bei)太(tai)(tai)陽(yang)吞噬,沒(mei)有(you)留下一(yi)點痕跡。而從另一(yi)方面來(lai)說,盡管(guan)這類奇特的系外(wai)行(xing)星(xing)的起源問題(ti)尚不(bu)明朗,但或許可以將(jiang)它們稱(cheng)作“伊(yi)卡魯(lu)斯(si)行(xing)星(xing)”——正(zheng)如(ru)古希臘(la)神話中(zhong)的人物伊(yi)卡魯(lu)斯(si)那(nei)樣(yang),它們飛地離太(tai)(tai)陽(yang)太(tai)(tai)近了。這無異于飛蛾撲火(huo),最終會(hui)將(jiang)它們引向滅(mie)亡(wang)。