科學1點看新聞
發現彩色酷行星

文/范賢娟 圖/古室友 (2021/2/22)

當行星運行到地球與恆星之間(T1-T3),會擋到恆星的光,造成亮度降低;雙恆星在繞行中還會額外出現「大擋小」(S1-S3),導致亮度些微下降。

 太陽這顆離我們最近的恆星旁邊有八大行星圍繞,不知道別的恆星身旁是不是也有行星圍繞?

 這個問題在以前不容易回答,主要受限於觀測工具不夠靈敏,沒辦法看清楚遙遠恆星旁邊那些不會發光的小天體。

 然而隨著科技不斷進步,從二十世紀九○年代開始,天文學家首次發現飛馬座51b有行星圍繞後,就不斷有新的發現,至今累積系外行星的數量已達數千顆。

恆星閃爍暗示行星存在

 觀察太陽系外行星的方法,並不是像大家想像中那樣,是直接用光學影像去「看」行星。因為恆星很亮,而行星本身不發光,只是反射鄰近恆星的光,因此非常微弱,光芒反而會被鄰近的恆星超越,不容易辨識。

 於是,天文學家乾脆反其道而行,不直接觀察行星本身的光亮,而是觀察一旁恆星的亮度會不會週期的略為變暗。

 這是因為當行星公轉位置來到恆星與觀測者(地球)之間時,會稍微遮到恆星發出的光芒。因此,觀察某顆恆星會不會定時變暗,就能推測有行星圍繞它公轉。

 這種方式被稱為「掩星法」或「凌日法」,是目前發現系外行星數量最多的方法。配合其他量測資訊,天文學家可以還原出軌道訊息,包括行星到鄰近恆星的距離有多遠、行星的質量有多大等。

新發現的TOI 1338b行星,圍繞兩顆恆星公轉。

擁有兩顆太陽的行星

 二○一九年暑假,一個名叫酷奇兒(Wolf Cukier)的美國青年,參加美國國家航空暨太空總署哥達德飛行中心的「系外行星凌日巡天衛星」行星獵人實習計畫,發現了一顆圍繞兩顆恆星轉的新行星「TOI 1338b」。

 這個雙星系統位於「繪架座」,距離地球有一千三百光年遠,其中一顆恆星質量比太陽大百分之十,另一顆較暗、較冷,質量僅太陽的三分之一,兩者的互繞週期僅十五天。

 TOI 1338b行星的質量約為地球的七倍,大小介於海王星與土星之間,是這雙星系統目前所知的唯一行星,公轉一圈大約九十三天到九十五天。

 由於這三體系統很複雜,因此軌道型態與週期似乎也跟著有某些範圍的變化。目前行星圍繞的軌道平面,與雙恆星互繞的軌道平面一樣,因此每隔固定時間,就會看到兩顆星重合在一起,形成特別的「星食」奇觀。

大氣溫差顯色漸層

 天文學家還從光譜中還原行星的外觀,推測它有濃厚大氣。在兩顆恆星的照耀下,直射處會讓大氣層溫度高而呈現紅色,其他地區溫度低,則顯現藍色,因此這顆行星的大氣層會是紅藍漸層的奇幻模樣。

 科學家還推測那裡有磁場,因此會在兩極造成炫麗的極光,也推測那裡應該有氣旋系統,試著草繪這顆夢幻行星的衛星雲圖。

 還有研究團隊做軌道計算,發現該行星的軌道面與地球觀察的夾角在未來會有變化──等到二○二三年十一月後,地球上將無法看到該處的行星凌日,但再過八年又會恢復。

 酷奇兒對自己能在實習階段就有所發現感到很驚訝,更沒想到的是,這顆行星還真「酷」,跟兩顆恆星間維持巧妙的平衡,並跟地球的觀察者維持若即若離的關係。