巨蟹座55e是一顆(ke)環繞著巨蟹座55A的太陽(yang)系外行星(xing),大小是海王星(xing)的51%,直徑(jing)達2.55萬公(gong)里,質量和密度(du)分別是地(di)球的8.63倍和1.07倍,是至2012年為止發(fa)現的密度(du)最大的固態行星(xing),表面溫度(du)接近(jin)(jin)2700攝氏度(du)。距離地(di)球相當近(jin)(jin),為40.2±0.4光(guang)年。
2016年(nian)2月(yue),歐洲太空總署(shu)發(fa)布(bu)巨(ju)蟹座(zuo)55e圖片(pian)。根據從(cong)NASA斯皮策紅外望遠(yuan)鏡的對(dui)該行(xing)星兩(liang)年(nian)期觀測數據顯(xian)示,兩(liang)年(nian)中該行(xing)星溫度變(bian)化(hua)幅度就達3倍之(zhi)多,表面溫度從(cong)1000攝(she)氏(shi)度變(bian)為2700攝(she)氏(shi)度,變(bian)化(hua)相(xiang)當之(zhi)快。
巨(ju)蟹(xie)座55e(英文:Cancri 55 e)是(shi)一的(de)環繞著巨(ju)蟹(xie)座55A的(de)太陽系外行星,表面多巖石,他離母恒星很近,公轉周期不到兩天。
巨(ju)蟹(xie)座55e是一(yi)顆(ke)“超級(ji)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)”,構造為(wei)(wei)(wei)巖質,大小(xiao)約為(wei)(wei)(wei)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)兩(liang)倍,質量約為(wei)(wei)(wei)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)八倍,其直(zhi)徑(jing)比地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)大2倍達(da)到(dao)約25512公里,而體(ti)積則達(da)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)8倍,密(mi)度(du)為(wei)(wei)(wei)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)的(de)1.07倍。它(ta)和另外四顆(ke)行(xing)星(xing)一(yi)起圍繞(rao)著巨(ju)蟹(xie)座中一(yi)顆(ke)類似太(tai)陽恒星(xing)公轉。巨(ju)蟹(xie)座55e距離母星(xing)很近,以至于(yu)每年只有18個(ge)小(xiao)時。它(ta)還是潮汐鎖定的(de),也(ye)就是說不像(xiang)地(di)(di)(di)(di)球(qiu)(qiu)這樣自轉,而是有一(yi)個(ge)永久性的(de)白晝(zhou)側和黑夜側。
美國宇航局斯(si)皮(pi)策紅外望遠鏡探測(ce)到巨(ju)蟹(xie)座(zuo)55e行(xing)星(xing)的光(guang)線(xian),這(zhe)顆行(xing)星(xing)環(huan)繞一顆距離地球41光(guang)年的恒星(xing)運行(xing)。巨(ju)蟹(xie)座(zuo)55e行(xing)星(xing)自轉一周(zhou)僅相當于地球18個小時(shi)。
該行星(xing)的(de)發現(xian)或(huo)將是研究行星(xing)演化、存留的(de)一(yi)個重(zhong)大突破(po)。由于(yu)其密度接近于(yu)鉛,且離地球是如此之近,以至于(yu)人們可以直接用(yong)肉眼觀察到(dao)其母恒星(xing)。
雖(sui)然(ran)巨蟹座55e上面地獄般的(de)灼熱(re)意味著(zhu)不(bu)可(ke)能有生命存在,但此類型的(de)行星仍是科學家迫切希望(wang)用(yong)望(wang)遠鏡觀測(ce)的(de)。因(yin)為(wei)母恒星明亮(liang)的(de)高亮(liang)度(du)讓很(hen)多種敏感的(de)測(ce)量變得可(ke)行,所以巨蟹座55e是一個測(ce)驗行星形成、演化和存留的(de)理論的(de)完美實驗室(shi)。
科(ke)學(xue)家(jia)與2004年首次發(fa)現了(le)(le)巨蟹(xie)座55。而發(fa)現巨蟹(xie)座55e行(xing)星的加拿大(da)(da)空(kong)間(jian)望遠鏡“MOST”是科(ke)學(xue)家(jia)觀察研(yan)究這個(ge)“超級地(di)球(qiu)”最(zui)直接的手段(duan)和方法。“MOST”造價低廉,僅(jin)有(you)手提箱般大(da)(da)小(xiao),2003年由(you)加拿大(da)(da)太(tai)空(kong)總署發(fa)射,受命觀測10顆星球(qiu)。其最(zui)初(chu)僅(jin)預定工作一年時間(jian),但8年過(guo)去(qu)了(le)(le)MOST卻仍然運(yun)行(xing)良(liang)好,共已經(jing)觀測了(le)(le)超過(guo)2000顆星球(qiu)。
據科(ke)學(xue)(xue)家介(jie)紹,母恒星(xing)(xing)巨(ju)蟹(xie)座(zuo)55A距地(di)球(qiu)(qiu)大約40光(guang)年(nian)距離,和太陽一樣是(shi)(shi)一顆黃矮星(xing)(xing),在之后(hou)兩(liang)個月中(zhong)人們可(ke)用肉眼在巨(ju)蟹(xie)星(xing)(xing)座(zuo)中(zhong)觀察到它。當(dang)巨(ju)蟹(xie)55座(zuo)e處于(yu)白(bai)晝時,其(qi)母恒星(xing)(xing)看(kan)上去(qu)會比夜間大60倍,亮度則是(shi)(shi)夜間的(de)(de)(de)3600倍。巨(ju)蟹(xie)座(zuo)55e是(shi)(shi)一個4行(xing)星(xing)(xing)系統的(de)(de)(de)組成(cheng)部分,自1997年(nian)來一直(zhi)處于(yu)科(ke)學(xue)(xue)家的(de)(de)(de)監視下(xia),由(you)于(yu)發現其(qi)密度之高、同(tong)地(di)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)距離之近而引起了關注。此(ci)(ci)行(xing)星(xing)(xing)系統是(shi)(shi)通過“多(duo)普勒方法”發現的(de)(de)(de),此(ci)(ci)方法可(ke)測量某星(xing)(xing)球(qiu)(qiu)由(you)受其(qi)他未知星(xing)(xing)球(qiu)(qiu)引起的(de)(de)(de)不穩定擺動。
盡管巨蟹55e表面溫度(du)接近2700攝氏度(du),但(dan)有些(xie)天文學家認為巨蟹座55e的強(qiang)大引力可(ke)能(neng)仍使其(qi)能(neng)夠(gou)保持一個大氣層。這(zhe)種類型(xing)的行星(xing)被稱(cheng)為“超(chao)級(ji)地(di)球(qiu)”(Super-Earths),即擁(yong)有大氣層、體積(ji)相當于(yu)地(di)球(qiu)10倍的行星(xing),一直讓(rang)科學家抱有特殊興趣,因其(qi)有成為固體的可(ke)能(neng)性,抑(yi)或(huo)存在著(zhu)液態海(hai)洋。這(zhe)意味(wei)著(zhu)如果溫度(du)等其(qi)他條(tiao)件合適,它們有可(ke)能(neng)成為潛在外(wai)星(xing)生命(ming)形式(shi)的家園。
不列顛哥倫比亞(ya)大學(xue)教授馬修斯(si)(Jaymie Matthews)興奮(fen)的稱:“這簡直和(he)《星際(ji)迷航(hang)》(Star Trek)電影中的柯克船長所(suo)做(zuo)的事一樣。我們(men)終于實現了——可能還超越了——童年夢想中的科幻場景(jing)。”
該行星發現(xian)小(xiao)組的(de)天文學(xue)家來自包括麻省理(li)工學(xue)院(yuan)、不列(lie)顛(dian)哥倫比(bi)亞(ya)大學(xue)、史密(mi)森(sen)松天體(ti)物理(li)中心以及加州(zhou)圣克魯(lu)斯(si)大學(xue)等研究(jiu)機(ji)構。
自從發(fa)(fa)現巨蟹(xie)座(zuo)55e行星(xing),天文(wen)學家(jia)日益發(fa)(fa)現更(geng)多關(guan)于這顆(ke)行星(xing)的奇特特征,研(yan)究(jiu)人員(yuan)現已知道(dao)這顆(ke)行星(xing)是(shi)巨蟹(xie)座(zuo)55e恒(heng)星(xing)(位于巨蟹(xie)星(xing)座(zuo))系統中5顆(ke)系外行星(xing)其中之一。由于巨蟹(xie)座(zuo)55e行星(xing)擁有超密(mi)集質量(liang)和(he)極端近距(ju)離軌道(dao),從而使它(ta)格外令天文(wen)學家(jia)關(guan)注(zhu),它(ta)與恒(heng)星(xing)之間(jian)的距(ju)離比水星(xing)和(he)太陽(yang)之間(jian)距(ju)離近26倍。
這項最新(xin)斯皮(pi)策觀測(ce)顯示,巨蟹座55e行(xing)星朝(chao)向恒星的一側(ce)非常(chang)熾熱,溫度(du)接近(jin)于1726攝氏度(du)。這顆行(xing)星很可能是(shi)一個黑暗(an)的星球,它缺少(shao)充(chong)實的大氣層(ceng)來加熱朝(chao)向恒星的反向一側(ce)。
更為奇特的(de)是,這(zhe)顆行星遍布淤泥,之(zhi)前斯皮策(ce)望(wang)遠鏡的(de)觀測數據顯示巨蟹座55e行星五分之(zhi)一質(zhi)量是由(you)較輕元(yuan)素構(gou)成(cheng),其中(zhong)包(bao)括水,但是極(ji)端熾熱(re)的(de)溫度和大(da)氣(qi)壓力(li)在這(zhe)顆行星表面形成(cheng)一種“超臨(lin)界流體(supercritical fluid)”狀(zhuang)態(tai)。
超(chao)臨界流體(ti)可(ke)以想像成為液體(ti)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)氣體(ti),它存在(zai)(zai)于極端大氣壓力和溫(wen)度環境(jing)。在(zai)(zai)地球上,在(zai)(zai)蒸(zheng)汽發動機中水(shui)可(ke)以達到(dao)超(chao)臨界流體(ti)狀(zhuang)態(tai)。
之前在(zai)對巨(ju)(ju)蟹座(zuo)55e行(xing)星(xing)(xing)的研究中,采用一種叫做凌日(ri)法的技術(shu)來(lai)分析這(zhe)顆(ke)行(xing)星(xing)(xing)途經主(zhu)恒星(xing)(xing)前方時所發生的變化,在(zai)這(zhe)項最新研究中,天文學家使用斯(si)皮策望(wang)遠鏡(jing)勘測到(dao)巨(ju)(ju)蟹座(zuo)55e行(xing)星(xing)(xing)自身釋放的紅外光線(xian)。
斯皮策望遠鏡對巨(ju)蟹座55e行星的(de)(de)最新觀測結果與超臨(lin)界流體水世界理論相吻合(he),這顆(ke)行星很可能是覆蓋(gai)超臨(lin)界流體水的(de)(de)巖石星球(qiu),并在星球(qiu)表面形成蒸汽層。
比利時列日大學(xue)邁(mai)克(ke)爾(er)-吉倫首席調查(cha)員(yuan)邁(mai)克(ke)爾(er)-吉倫(Michael Gillon)說:“這非(fei)常類似于海(hai)王星,如果將(jiang)海(hai)王星軌道距離更接(jie)近太陽(yang),將(jiang)觀(guan)測到它的大氣(qi)層出現蒸發(fa)現象。”這項研究報告詳細情況發(fa)表(biao)在《天體物理(li)學(xue)雜志》上(shang)。
2003年(nian),美(mei)國(guo)宇(yu)(yu)航(hang)局投(tou)資(zi)7.7億美(mei)元建造的斯皮策太空(kong)望遠(yuan)鏡(jing)發射升空(kong),當(dang)前(qian)處(chu)于(yu)(yu)延長(chang)任(ren)務期(qi),主(zhu)要進行(xing)宇(yu)(yu)宙紅外線(xian)觀測研(yan)究。美(mei)國(guo)宇(yu)(yu)航(hang)局官員表示,在延長(chang)任(ren)務期(qi)中,望遠(yuan)鏡(jing)工程師調整(zheng)了幾項觀測設置,從(cong)而有助于(yu)(yu)實現行(xing)星(xing)觀測最(zui)優化效果。
美國宇航局(ju)下一個(ge)重(zhong)要紅外太空觀測平臺――詹姆斯·韋伯太空望(wang)遠鏡預(yu)計于2018年發射,它將潛在揭曉巨(ju)蟹座55e行星(xing)和其他類似超地(di)球(qiu)行星(xing)更多的詳細情況。
美國宇航(hang)局(ju)噴氣推進實驗室(shi)斯皮(pi)策項(xiang)目科(ke)學家(jia)邁克(ke)爾(er)-維爾(er)納(Michael Werner)說:“我(wo)們(men)可(ke)以(yi)想像40年前,當時還未發現系外行星,正(zheng)是(shi)基于斯皮(pi)策望遠鏡的(de)優異性能,它能夠適應新的(de)宇宙探索領域,并獲得突破性天(tian)文發現。”
天文學家觀測到一(yi)個“超級(ji)地球”的(de)(de)溫度變(bian)化異(yi)常(chang)劇烈——這是科學家第一(yi)次觀察到太(tai)陽系(xi)之外巖質(zhi)行星(xing)的(de)(de)大氣變(bian)化——據信它可能(neng)是由大量的(de)(de)火山活動引起的(de)(de),進一(yi)步增加了這顆(ke)“鉆(zhan)石行星(xing)”的(de)(de)神(shen)秘性。
“這是我們(men)首次觀察到系外(wai)行星(xing)放(fang)出變化如此劇(ju)烈的光(guang)線,”劍橋大(da)學天文研究(jiu)所的尼庫(ku)·馬(ma)杜蘇丹博士說(shuo),“在此之前,天文學界尚(shang)未(wei)探測到任何其(qi)他(ta)‘超級(ji)地(di)球’的熱(re)輻射信息和表(biao)面活動信息。”
劍橋大學(xue)的(de)(de)科(ke)學(xue)家們(men)首(shou)次(ci)探測到太陽系(xi)之外巖質行星的(de)(de)大氣(qi)變(bian)化(hua)(hua)(hua),同(tong)時還發現在(zai)兩年(nian)的(de)(de)時間內溫(wen)度變(bian)化(hua)(hua)(hua)了(le)近三倍。盡管研究者很快指出(chu)變(bian)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)誘因還需要進一步(bu)研究,但(dan)是他們(men)相信行星表面(mian)的(de)(de)大量火山活動很可能是原(yuan)因所在(zai)。掌(zhang)握窺視巖質超(chao)級地球的(de)(de)大氣(qi)層以(yi)及(ji)觀察表面(mian)環境(jing)的(de)(de)能力,是邁向確認系(xi)外宜(yi)居行星的(de)(de)一個(ge)重要里(li)程碑。
借助于(yu)(yu)美國(guo)航空航天局的(de)(de)斯皮策(ce)空間望遠鏡,科學家們觀察到了系(xi)(xi)外(wai)行星(xing)發(fa)(fa)出的(de)(de)熱輻(fu)射。這(zhe)(zhe)顆系(xi)(xi)外(wai)行星(xing)名為巨蟹座55e,圍繞著一(yi)顆類太(tai)陽恒星(xing)旋(xuan)轉,位(wei)于(yu)(yu)40光(guang)年之外(wai)的(de)(de)巨蟹座。科學家首次發(fa)(fa)現(xian)了快速的(de)(de)環境變化(hua),行星(xing)白(bai)晝側的(de)(de)溫度(du)(du)在1000至2700攝(she)氏(shi)度(du)(du)之間擺動。科學家相信這(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de)溫度(du)(du)變化(hua)可(ke)(ke)能是由(you)巨大的(de)(de)氣體(ti)流(liu)和塵埃流(liu)造成的(de)(de),而這(zhe)(zhe)些流(liu)束的(de)(de)起因很(hen)可(ke)(ke)能是火山。火山活(huo)動具(ju)有異常(chang)高的(de)(de)活(huo)動頻率,高于(yu)(yu)木衛一(yi)——太(tai)陽系(xi)(xi)中地質最活(huo)躍的(de)(de)天體(ti)。
科(ke)學(xue)家(jia)們之前研究的(de)(de)(de)(de)系(xi)外行星(xing)大(da)(da)(da)(da)多(duo)數都是(shi)類似于(yu)土(tu)星(xing)和(he)土(tu)星(xing)的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)(da)(da)型氣(qi)體(ti)行星(xing),這(zhe)是(shi)因為他們體(ti)積大(da)(da)(da)(da),相對容(rong)易(yi)被發(fa)現。最近幾年,科(ke)學(xue)家(jia)們已經能夠測(ce)繪(hui)很多(duo)氣(qi)體(ti)行星(xing)的(de)(de)(de)(de)環境(jing),但是(shi)研究質量為地(di)球一(yi)倍至十倍之間的(de)(de)(de)(de)超(chao)級(ji)地(di)球仍然(ran)是(shi)困(kun)難(nan)重重。之前關于(yu)巨蟹座55e的(de)(de)(de)(de)觀測(ce)顯示(shi)它含有(you)豐富(fu)的(de)(de)(de)(de)碳,這(zhe)意味著(zhu)它是(shi)由鉆石(shi)構(gou)(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。科(ke)學(xue)家(jia)們相信,它是(shi)第(di)一(yi)個(ge)主要(yao)由鉆石(shi)構(gou)(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)行星(xing)。然(ran)而,這(zhe)次新的(de)(de)(de)(de)發(fa)現很大(da)(da)(da)(da)程度上攪(jiao)渾了早期的(de)(de)(de)(de)判斷,并(bing)且開啟了新問(wen)題(ti)。