《华尔街日报》：银河系中发现罕见的六行星恒星系统

一个由六颗气态行星组成的家族，如同旋转的托钵僧般围绕着一颗类太阳恒星规律运行，这将很快帮助天文学家更深入理解类似我们太阳系的行星系统是如何形成与演化的。

根据周三发表于《自然》期刊的研究，这个距离地球约100光年的新发现系统非常特殊——其行星围绕明亮主恒星的轨道模式自至少40亿年前诞生以来似乎从未改变。

“这为研究行星系统轨道结构的早期阶段提供了珍贵样本，”圣路易斯华盛顿大学物理学助理教授坦苏·达伊兰表示，他未参与此项新研究。

2020年，科学家观测到这颗明亮恒星的周期性光线变暗现象，暗示有系外行星正在其前方经过（即凌日现象）。该恒星由美国宇航局的TESS空间望远镜持续监测。

系外行星（目前已发现的5000多颗太阳系外行星统称）形态各异。银河系中最常见的"亚海王星"——体积大于地球但小于海王星，科学家认为它们可能拥有固态核心和气体包层。

2022年通过TESS和欧洲航天局CHEOPS望远镜对HD 110067恒星的补充观测不仅确认了六颗凌日亚海王星的存在，更发现这些天体通过引力相互影响，形成规律轨道模式。天文学家称这种现象为"轨道共振"——这种构型在多行星系统演化过程中极少能保持。例如我们太阳系的行星就不处于共振状态。

研究作者指出，HD 110067星系最内侧行星每公转三周时，第二近的行星恰好完成两周公转。第二与第三、第三与第四行星间存在相同规律，而第四与第五、第五与第六行星间则呈现四比三的轨道周期比。

这项新研究的首席作者、芝加哥大学天体物理学家拉斐尔·卢克表示，这种轨道共振链揭示了该六行星系统的演化历史。他解释道，恒星及其行星同时诞生于气体和宇宙尘埃构成的扁平盘状结构中——大部分气体聚集形成中央恒星，而行星胚胎则在盘状结构外围由尘埃凝聚而成。行星形成初期往往通过轨道共振维持系统的引力稳定。

未参与研究的哥伦比亚大学天文学副教授戴维·基平评价道：“系外行星极少被发现处于这种共振状态，这个现象令我着迷。这表明行星形成过程中普遍会发生动力学扰动，破坏这种原始的理想状态——因此我们能观测到的这类’时间胶囊’实属珍贵，它们承载着行星诞生的奥秘。”

卢克指出，观测数据显示仅约百分之一的星系能保持原始共振至今。通常，小行星撞击或类似木星的巨行星形成等混沌扰动，会在星系诞生后迅速破坏这种精密轨道模式。

卢克补充道，HD 110067行星系统仍保持轨道共振，表明其数十亿年来未曾改变，这可能为揭示其稳定性的成因提供线索——同时也暗示了为何太阳系未能保持类似状态。

卢克指出，太阳系外围的木星、土星、天王星和海王星四颗行星，约45亿年前轨道剧变之前，很可能曾与这个六行星系统存在相似的轨道共振关系。

2018年发射前，技术人员正在调试美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星（TESS）。图片来源：NASA研究作者与外部专家均表示，虽然此前发现过其他处于轨道共振状态的多行星系统，但这是首个宿主恒星亮度足以支持后续研究的案例——科学家可借此测量这些亚海王星的质量，并极高精度探测其大气分子构成。

加州大学伯克利分校天文学家霍华德·艾萨克森（未参与该研究）称，尽管已对木星大小的系外行星大气开展过大量研究，“但像HD 110067系统中这般小的行星仍充满谜团”。

艾萨克森和卢克认为，美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜等设备或能帮助解析这六颗新发现系外行星的大气特征，可能观测到甲烷、二氧化碳、水和氨等分子。

“这个行星系统为我们提供了理解小型行星大气层化学成分的最佳机会，”华威大学天体物理学家、该研究的合著者托马斯·威尔逊表示。“这进而可以揭示地球和海王星等小型行星是如何形成并随时间演化的。”

联系作者艾琳·伍德沃德，邮箱：[email protected]

本文发表于2023年11月30日印刷版，标题为《新发现的六行星恒星系统为研究太阳系提供线索》。