天文学家发现同步运行的6行星系统_风闻

原创：牧夫天文

翻译：周唯亮

校对：牧夫天文校对组

编排：胡暖暖

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.universetoday.com/145767/astronomers-find-a-six-planet-system-which-orbit-in-lockstep-with-each-other-1/

图片来源：www.universetoday.com

迄今为止，天文学家们已经在3077个恒星系统中发现4152个太阳系外行星。在这些发现中，大部分系统都只有一个行星，也有数百个系统是多行星的。但是，包含六个或更多行星的系统似乎很少见，到目前为止仅发现了十几个。

这次的6行星系统是天文学家使用SOPHIE光谱仪在过去七年不断观察HD 158259后发现的。HD 158259是一颗类似太阳的恒星，距离地球约88光年。一个国际团队结合凌星系外行星勘测卫星（TESS）的新数据，发现了一个6行星系统，其中所有的行星都处于近乎完美的韵律之中。

负责这项发现的国际团队由内森·哈拉（Nathan

Hara）博士领导，内森·哈拉博士是日内瓦大学（UNIGE）的博士后研究员、瑞士PlanetS研究所的成员，同时他也是欧洲航天局（ESA）系外行星特性探测卫星任务（CHEOPS）的研究员。他们近期将其研究和发现发表在《天文与天体物理学报》上。

在HD 158259行星系统中，所有后继行星都两两接近于3:2的谐振：内部的行星完成约三次公转，而外部的完成两次公转。图片来源：日内瓦大学/ NASA

利用SOPHIE光谱仪，天文学家们已经对北半球的许多恒星进行了速度测量，以确定它们是否有系外行星绕其轨道运行。这种方法称为视向速度法（或多普勒光谱法），通过测量恒星的光谱以查看其是否在原地运动，如果它在原地运动则表明一个或多个行星的引力正在其上起作用。

有趣的是，正是SOPHIE的前身——ELODIE光谱仪，帮助天文学家们发现了飞马座51b（Dimidium），这是人类最早发现的系外行星之一，也是一颗“热木星”。在对HD 158259进行了7年的观测之后，SOPHIE成功获得了高精度的视向速度测量结果，该测量结果揭示了6行星系统的存在。

在该系统中，最里面的是一颗大岩石行星（一个“超级地球”），然后有五个相对较小的气体行星（“迷你海王星”），它们之间的间距非常规则。正如日内瓦大学天文学与科学教授，观测计划的协调员弗朗索瓦·布奇（François Bouchy）在日内瓦大学新闻稿中解释的那样：“这一非同寻常的系统的发现，得益于大量测量数据的获得，以及仪器水平和信号处理技术的显著提升。”

艺术家对飞马座51b（贝勒陀芬）的渲染，这是SOPHIE发现的“热木星”，它绕距离地球约50光年外的一颗恒星旋转。图片来源：ESO / M. Kornmesser，Nick Risinger（skysurvey.org）

这些行星的大小是地球的2倍（最里面的“超级地球”）到6倍（“迷你海王星”）。该系统也非常紧凑，六个行星的轨道都紧紧围绕恒星，最外层的距离仅为水星距离太阳的0.38倍。这些行星处于恒星的宜居区域（HZ）里侧，这意味着没有哪一颗行星的表面上可能存在水或有足够密度的大气层维持生命。

同时，TESS监测了HD

158259中是否有“凌星”迹象（又称凌星法），并观察到最里面的行星经过恒星前方时，恒星的亮度降低了。根据该研究的共同作者，马赛天体物理学实验室的研究员伊莎贝尔（Isabelle Boisse）所述，TESS的读数（结合视向速度数据）使他们能够进一步了解该行星（HD 158259 b）的特性。

她说：“ TESS的测量数据有力地支持了对行星的探测，并使我们可以估计其半径，这为弄清楚行星的内部结构带来了非常有价值的信息。”但是，如前所述，该系统最令人印象深刻的特征是规则性。基本上，系统中的行星具有几乎精确的3:2轨道共振。

这意味着，最里面的行星每绕轨道运行三次，第二个行星将完成大约两次轨道运行。在第二颗行星完成三次轨道运行所需的时间，第三颗行星将完成大约两次轨道运行。这个比率适用于系统中的所有六个行星，令哈拉（Hara）和他的同事们感到十分惊讶。

在描述行星的轨道时，哈拉将其与演奏音乐的乐团进行了比较，尽管这种安排并不十分完美：“这可以媲美几位演奏不同韵律的音乐家，但是他们在每个小节的开头都同时演奏。在这里，“大约”这个估计非常重要。除了3:2周期比率无处不在之外，这还构成了系统的独创性。”

天文学家对共振很感兴趣，即使是不完美的共振，因为它们提供了恒星系统形成和演化的线索。在天文学界，关于恒星系统如何汇聚并随着时间变化而引发的争论仍然很多。一个特别有争议的问题是，行星形成时是否就已经接近其在系统中的最终位置，还是行星形成后会改变他们的轨道。

近年来，由于发现了像“热木星”这样的系外行星，后一种情况（称为行星迁移）越来越受到关注，这使许多天文学家质疑行星是否发生行星迁移。该理论似乎可以解释HD 158259系统中六个行星的形成。日内瓦大学天文学与科学教授斯蒂芬·乌德里（Stephane Udry）说：“目前我们已知有几个紧凑星系，其行星是处于共振或接近共振的，例如TRAPPIST-1或Kepler-80。我们相信，这样的星系在移向恒星之前就离恒星很远。在这种情况下，共振起着至关重要的作用。”

根据有关大小、质量和轨道距离的可用数据，这位画家的概念图展示了TRAPPIST-1星系中每个行星的外观。图片来源：NASA / JPL-Caltech

HD 158259的行星接近3:2的共振，但不完全在一个共振中，这一事实表明它们过去曾处在一个共振之中。但是，它们随后将经历同步迁移并远离共振。根据哈拉（Hara）所说，这并不是该系统可以告诉我们的全部。

他说：“此外，当前从3:2开始的周期比率包含大量信息。一方面使用这些值，另一方面使用潮汐效应模型，我们可以在以后的研究中约束行星的内部结构。总而言之，系统的当前状态为我们探究其形成提供了可能性。”

我们越是了解这种多行星系统以及其他类似的系统，就越能了解像我们太阳系这样的恒星系统是如何形成的。这些以及其他有关行星系统形成和演化问题的答案将使我们更进一步地了解生命如何出现（甚至是到哪里寻找它！）。

延伸阅读：

https://arxiv.org/pdf/1911.13296.pdf

https://www.unige.ch/communication/communiques/en/2020/un-systeme-de-six-planetes-presque-en-rythme/

『天文时刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

机智号火星直升机模型

图片来源：NASA/JPL-Caltech