黑暗星球和Q星球誰厲害

系外行星獲物理諾獎。不只是遙遠和黑暗，這些星球還有奇特一面。最粉嫩、最宜居、最昂貴…帶你瞭解九顆“另類”系外行星。

編譯/記者 劉辛味 編輯/丁林

新媒體編輯/呂冰心

2019年度諾貝爾物理學獎授予了三位天體物理學家，以獎勵他們在擴充套件人類對於宇宙認識方面做出的突出貢獻。其中，來自瑞典的Michel Mayor和Didier Queloz因系外行星的發現而斬獲桂冠。

▲2019年諾貝爾物理學獎三位得主，右邊兩位為發現系外行星的Michel Mayor教授和Didier Queloz教授

殖民火星的小目標還沒實現，行星科學家的眼光就瞄準了更遠的太空。他們感興趣的不僅是適宜生命的系外行星，有一些還十分怪異……

系外行星是指在太陽系之外的行星，它們也圍繞著像太陽一樣的恆星旋轉，但距離我們十分遙遠。雖然科學家在1917就注意到了第一顆系外行星，但這個概念直到90年代才得到了真正的科學驗證。

從那之後的20年裡，新發現的系外行星有井噴之勢，它們中的大部分是由美國國家航空航天局（NASA）的開普勒天文鏡發現的。許多系外行星因此都以這座天文望遠鏡命名。NASA的開普勒任務現在已經確定了超過5000個潛在的系外行星。隨著時間推移，還有會有更多的發現。

這些“新世界”一個比一個特別：有些巨大的氣態行星讓太陽系內最大的木星都相形見絀；還有些行星的冰冷岩石上則幾乎感受不到恆星的陽光。

其實，奇怪的行星一直在被發現，越來越多行星的軌道和成分讓科學家感到難以理解。光是銀河系內可能就有1萬億顆行星。所以，我們對於系外行星的瞭解可能連冰山一角都談不上。以下有九顆我們已知的最奇特系外行星——它們也只是我們對宇宙無垠的驚鴻一瞥。

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最“恐怖”：奧裡西斯（HD209458b）

整個星球像被燒焦一樣

這顆行星擁有眾多“第一”的記錄，比如第一顆被發現的氣態巨行星（而且是首次透過多種方法發現）、第一顆發現擁有大氣層、大氣中有氫氣層的行星等等。不僅如此，它也是目前唯一已經探測到大氣層中擁有氧氣和碳的行星。這顆行星的正式命名“奧裡西斯（Osiris）”是古埃及神話中的冥王的名字，他是文明與生命的賦予者。

▲奧裡西斯（右）和木星大小對比（來源：wiki）

奧裡西斯圍繞的恆星距離地球150光年，位於飛馬座中。它的軌道半徑約700萬千米，公轉週期只有3。5天——如此近的距離讓奧裡西斯的表面溫度極高。這顆星球就像被燒焦了一樣，它的大氣正在以驚人的速率蒸發。

奧裡西斯很可能只是一顆氣態行星完全蒸發後剩下的核心。科學家為這類行星重新歸類，稱為“幽冥行星（ChthonianPlanet）”。這一命名來源於希臘神話中的地獄神靈，在著名的美國恐怖小說作家H。P。Lovecraft創造的克蘇魯（Cthulhu）神話中，它化身成了蠕蟲身體、有觸手的恐怖怪物。

▲小說家H。P。Lovecraft創造了克蘇魯神話體系。

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最“原力”：塔圖因（Kepler-16b）

兩個太陽，致敬《星球大戰》

研究行星的科學家曾提出了一種理論假設：環雙星行星（CirumbinaryPlanet），也即一顆行星圍繞兩顆恆星運動。這樣的行星還真被找到了，開普勒16b就是這類行星中一位成員。它被命名為塔圖因（Tatooine）。如此命名是為了向《星球大戰》致敬，“塔圖因”是天行者盧克的家鄉，那裡能看到兩個太陽。不過，盧克的家鄉是適合居住的，而開普勒16b是一顆極其寒冷的氣態行星，可能無法孕育生命。

▲《星球大戰》劇照

塔圖因距離地球200光年，它圍繞天鵝座內的雙星系統“開普勒16”運動，公轉週期為229天，比地球上的一年大約短三分之一。塔圖因是第一顆透過凌日法（當行星運動到恆星和觀察者之間時，行星會遮擋住恆星，觀察者會發現恆星的亮度變低）被發現的環雙星行星，科學家們觀察到雙星系統中一顆恆星變暗了，而另一顆的亮度沒有改變。

儘管它並不處於宜居帶中，但科學還是透過模擬運算，提出了行星上有生命的可能性。開普勒天文望遠鏡的首席研究員WilliamBorucki表示：“鑑於我們的銀河系中，大部分恆星都屬於雙星系統，這項發現意味著（這類行星上）孕育生命的機會比單一恆星周圍的行星要大得多。這項具有里程碑意義的發現證實了科學家已提出數十年，但一直沒被驗證的理論。”

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最“地球”：開普勒22b（Kepler-22b）

生命能否存活是核心問題

科學家一直在致力於尋找適宜居住的類地行星，所以“最地球”的頭銜想必會不斷更新。開普勒天文望遠鏡最早的一批發現中，最有潛力成為第二個地球的是“開普勒22b”。開普勒22恆星位於天鵝座，而這顆距離地球超過600光年的地外行星位於該恆星的宜居帶內。

開普勒22b大小大概是地球的2倍，被認為是一顆“超級地球”。它的公轉週期則與地球相似，有可能存在液態水。如果它的大氣所帶來的溫室效應影響與地球相似，那它的表面平均溫度會達到22℃。

▲開普勒22b被認為是一顆超級地球。（來源：NASA）

科學家認為，開普勒22b擁有一個與海王星相似的小型岩石地核，這個核心覆蓋在“海洋”之下。生命能否存活在這顆行星上？這依然是研究人員爭論的問題。

▲開普勒22b與太陽系內行星對比（來源：wiki）

實際上，接近地球的系外行星不止開普勒22b。2015年，NASA宣佈發現了一顆1400光年外的行星開普勒452b，其半徑是地球的1。6倍，公轉週期385天，年齡約為60億年。

開普勒452b位於宜居帶內，被認為是迄今為止發現的最像地球的行星，於是它被媒體稱為“地球2。0”“地球的表親”。可惜，NASA的發現很快就受到了質疑，因為開普勒452b可能根本就不是個岩石行星，最新的研究甚至認為它未能透過統計學上的確認——這顆行星可能根本不存在。

▲有潛力成為宜居星球的行星越來越多（來源：phl。upr。edu）

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最“長壽”：瑪士撒拉（PSRB1620-26b）

誕生在大爆炸10億年後

我們到目前為止發現的最古老的行星，位於距離地球12400光年的天蠍座球狀星團M4——這個恆星集團被認為已經存在了127億年，這顆古老的系外行星被認為是和那些恆星一起誕生的，僅僅在大爆炸的10億年後。相比於地球的年齡（45億年），它是名副其實的老壽星。

年齡大並不是這顆恆星唯一的獨特之處。它也是一顆“環雙星”行星，而且是第一顆被發現的環雙星行星。它所環繞的兩顆恆星也都不一般：一顆是脈衝星，另一顆是白矮星。科學家在研究這個雙星系統時，預言其中存在第三顆星體，而且這位“第三者”還不是一顆恆星。

▲從瑪士撒拉的方向看它的兩顆恆星（遠處左側白點為脈衝星，右為白矮星）（來源：NASA）

2003年，哈勃太空望遠鏡終於發現了目標。NASA的釋出會上，這顆最老的行星被冠以“瑪士撒拉（Methuselah）”的名字——瑪士撒拉是《聖經》中最老的人。

在最初發現時，科學家還不能確定它到底是一顆行星還是一顆褐矮星。它最終被認定是一顆行星後，天文學家得出了結論：行星的出現並不是一個罕見的現象，在宇宙早期它們可能到處都是。

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最鄰近：比鄰星b（Proximab）

霍金生前要探索的目標

距離太陽系最近的恆星是比鄰星（ProximaCentauri），它是半人馬-α三星系統中的一顆，距離地球4。22光年。2016年，歐洲南方天文臺宣佈比鄰星的宜居帶中存在一顆行星“比鄰星b”，它成為了距離我們最近的系外行星。

對於它是否宜居，科學家提出了不同觀點。首先，它圍繞的比鄰星是是一顆紅矮星，比太陽冷得多，而且它極有可能像月亮一樣被潮汐鎖定，可能會受到恆星耀斑的嚴重影響。

▲比鄰星b的假想圖。（來源：RocketSTEM）

美國俄亥俄州立大學的天文學教授ScootGaudi表示，“這顆行星正在被大量的高能輻射‘轟炸’，它需要一個足夠強大的磁場，才能保護大氣層。然而，並沒有明顯證據顯示它有這樣的磁場。”

儘管還有不少未知因素，但比鄰星b是在我們“自家後院”中發現的，這會成為尋找近距離系外行星的基石。這顆跟地球差不多大小的星球給了我們繼續探索的希望。俄羅斯富豪尤里·米爾納（YuriMilner）聯合著名物理學家霍金開展的“突破攝星計劃”，目標正是比鄰星b。

▲霍金已逝，不知突破攝星計劃未來會如何進展。（來源：Fortune）

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最“扎堆”：七大奇蹟 （TRAPPIST-1planetarysystem）

全部都有大氣特徵

宇宙中還有像太陽系一樣，一顆恆星有許多顆行星的情況嗎？答案是肯定的。位於智利的凌日行星和星子小型望遠鏡（TRAPPIST）就發現了七顆地外行星，它們在圍繞一顆超冷紅矮星運動。這顆恆星距離太陽約40光年，被命名為TRAPPIST-1。

這七顆行星也被形容為“七大奇蹟”——它們（編號從b到h）被認為全部都有大氣特徵，6顆（c，d，e，f，g，h）表面溫度適宜，5顆（b。c，e，f，g）的大小與地球相似，而且其中有3顆（e，f，g）被確認位於宜居帶內，表面可能存在液態水——TRAPPIST-1f被認為是一顆岩石行星，很有可能有擁有一個液態海洋。這些行星的發現，創造了太陽系外宜居帶內的行星數量記錄，也成了我們尋找外星生命的首選目標。

▲7顆行星與地球大小對比（來源：Sci-News）

“七大奇蹟”的軌道距離很近，離恆星最近的行星只需要1。5天就能完成公轉一週，最遠的也才20天。當f和g彼此最接近時，他們的距離只是地球到月球之間距離的3倍，所以站在TRAPPIST-1f上，會看到月亮兩倍大小的TRAPPIST-1g。

▲TRAPPIST-1行星系統與太陽系相似（來源：ESA/Hubble）

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最“黑暗”：（TrES-2b）

比煤炭還黑只能反射1%恆星光線

行星本身不發光，我們如果能觀察到它們，主要是因為它反射了恆星發出的光。不同行星對光的反射率不同，所以呈現的明暗也不同。科學家透過凌日法發現的最暗行星，是位於天龍座，750光年外的TrES-2b。它還沒有一個正式命名，不過科學家形容它“比煤炭還黑”。

TrES-2b最初由跨大西洋系外行星調查專案（TrES）的天文望遠鏡觀察到，開普勒天文望遠鏡上天后，又對它的引數有了新的修正。它是顆氣態巨行星，大小與木星相似，卻比木星黑得多。科學家發現TrES-2b表面的反射率比黑色塗料的反射率還低，反射的恆星光線還不足1%。相比之下，木星能反射超過三分之一的太陽光。

▲NASA藝術家想象的黑暗星球。（來源：NASA）

目前科學家還不清楚為什麼它這麼黑。有的科學家認為TreES-2b沒有反射雲層，另一些認為它的大氣中含有大量能吸收光的物質，如汽化的鈉、鉀和鈦氧化物，但這些都不能完全解釋為什麼它如此之黑。那麼它一點光也不會發出嗎？也不盡然，TreES-2b距離它的恆星只有300萬千米，本身也被劇烈炙烤——高溫讓它能發出微弱的紅光。

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最“粉嫩”：葛利斯504b（GJ504b）

令人聯想到深色的櫻花

NASA科學家發現的最年輕也是最有趣的行星之一，是位於室女座的葛利斯504b。它距離地球57光年，如今只有1億~2億年的歷史。

科學家並不是用凌日法，而是直接透過天文望遠鏡成像發現了它。紅外成像顯現出來的葛利斯504b是一顆暗粉色的星球，比其他的氣態巨行星的雲量要少。

▲這顆粉色的行星讓科學家對行星的演化有了新的瞭解。（來源：NASA）

發現團隊成員之一的MichaelMcElwain說：“如果我們能前往這顆巨行星，我們會看到一個仍在形成的新世界，散發著一種暗紅色的光芒。這會令人聯想到深色的櫻花。根據當前的模型，氣態巨行星通常與恆星有一定距離才能形成，但這顆粉嫩的行星與恆星的距離遠遠超過理論距離。”對這顆系外行星的研究，可以讓科學家對於行星的起源和發展有了更深入的瞭解。

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最“昂貴”：巨蟹座55e（55Cancrie）

內部很有可能由鑽石組成

這顆熱氣騰騰的岩石行星最初被稱為“鑽石星球”。巨蟹座55e距離我們40光年，其直徑約為地球的2倍，質量則是地球的8倍多。它的表面溫度達到了4900℃——因為它與恆星的距離比水星到太陽的距離還近26倍，公轉週期只有14天。

這顆行星的正式名稱是詹森（Janssen），這個名稱是由荷蘭皇家氣象與天文學協會提交的，以紀念荷蘭眼鏡商人、第一臺光學顯微鏡的發明者扎卡賴亞斯·詹森（ZachariasJanssen）。

▲巨蟹座55e是否有熔岩一直是科學家爭論的問題（來源：CNET）

科學家認為這顆行星上有熔岩流。NASA噴氣推進實驗室（JPL）的胡倫宇稱：“如果這個星球上有熔岩，就會覆蓋整個表面……但是厚厚的大氣層中會將熔岩隱藏在我們的視線之外。”由於這顆處於高溫高壓下的行星還含有大量碳元素，科學推測它的內部很有可能是鑽石組成的——說它是“最貴之星”也不為過。

參考資料：

https：//bigthink。com/mike-colagrossi/10-of-the-strangest-exoplanets-in-the-universe

https：//www。theverge。com/2017/2/22/14674088/7-planet-solar-system-discovered-conditions-for-life-water-nature-nasa

出品：科普中央廚房

監製：北京科技報 | 科學加客戶端

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