科学求知者■其中暗藏天体形成的秘密,科学家发现完美共振的系外行星

对于现在的天文学家来说 , 发现一颗拥有系外行星的恒星已经不是什么惊天动地的大事了 , 即使是拥有多颗系外行星也不算什么奇闻 , 毕竟我们已经找到了几百颗不止拥有一颗行星的恒星 。
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但是 , 在88光年以外的一颗恒星 , 还是能够引起天文学家的注意 。 因为 , 它的6颗系外行星所构成的系统 , 实在是令人惊叹 。
【科学求知者■其中暗藏天体形成的秘密,科学家发现完美共振的系外行星】这颗恒星的名称是HD158259 , 是一颗和太阳非常类似的恒星 。 它的半径是太阳的1.21倍 , 质量也只有太阳的1.08倍 , 非常接近 。 它和太阳还有一点非常类似 , 那就是拥有一个比较庞大的恒星系统 。 截至目前 , 天文学家已经在它周围发现了6颗系外行星 。 其中 , 除了HD158259b是一颗质量为地球2.22倍的超级地球以外 , 其余5颗都是质量在地球5倍左右的迷你海王星 。
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(HD158259b假想图)
HD158259是由法国的上普罗旺斯天文台观测发现的 , 在发现它以后 , 那里的天文学家随即对这些行星进行跟踪观测 。 经过大约7年的观测 , 天文学家发现:这六颗行星已经形成了完美的轨道共振 , 成为了宇宙中最完美的恒星系统布局 。
所谓的轨道共振 , 广义上指的是宇宙天体中出现的所有共振现象的泛称 , 从狭义上来讲 , 就是两颗或者两颗以上的天体在引力作用下形成的共振现象 。
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轨道共振在太阳系已经非常普遍了 , 比如海王星和冥王星 , 它们就处于轨道共振的状态 , 二者的公转周期成完美的2:3的比例(海王星60327.624天 , 约合164.8年;冥王星90581天 , 约合248年197天) 。 又比如木星系内的木卫一 , 木卫二和木卫三 , 三者的公转周期也呈现出1:2:4的潮汐锁定关系 。
在太阳系外 , 我们也发现过轨道共振现象 , 如KOI-730d、b、c和e出现3:4:6:8的共振、开普勒37d、c和b出现误差在1%内的5:8:15的共振 。 不过 , 像HD158259这样6颗行星全都处于轨道共振的情况 , 还是第一次发现 。
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得到这个观测结果的 , 是上普罗旺斯天文台1.93米反射式望远镜上的苏菲光谱仪(SOPHIEéchellespectrograph) 。 这是一台利用星震学和径向速度法观测系外行星的仪器 , 于2006年10月时建成 。 正是利用了苏菲光谱仪 , 天文学家们掌握了关于这个恒星系统的大量信息 。
苏菲光谱仪显示:HD158259系统的行星非常紧凑 , 6个成员紧密地分布在一个非常小的范围内 。 最内侧的超级地球HD158259b , 公转周期仅有2.17天 。 其他行星依次向外 , 公转周期也仅有3.4天、3.4天、5.2天、7.9天、12天和17.4天——即使是最外层的一颗 , 公转周期也只有太阳系内最短的水星公转周期的1/5(其中有一对行星共轨道 , 所以轨道周期相同) 。
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(HD158259d假想图)
如果你仔细计算一下就会发现 , 它们之间的公转周期遵循着非常接近的比例 , 每一颗行星的公转周期和它轨道内侧的那一颗之间的比例依次是:1.57、1.51、1.51、1.53、1.51和1.44 。 也就是说 , 这个比例非常接近于3:2 。 基本可以确定 , 它们就是处于一个完美的轨道共振关系中 。
取6颗行星的最小公倍数 , 大约是296 。 这意味着 , 在HD158259系统中 , 六颗行星排成一条直线的“六星连珠”现象平均不到10个月就会上演一次 , 比太阳系频繁得多 。
当然 , 天文学家研究系外行星的六星连珠现象也没什么意思 , 毕竟它们表面都不可能允许人类活着站上去 , 也不太可能孕育它们自己的生命 , 所以谁也看不到这种天象 。 但是 , 这种近乎完美的轨道共振现象仍然有着重要的意义 。