图解系外行星发现史（6）

2023-07-07叶楠

太空探索 2023年6期

文/ 叶楠

系外行星之最

在已经确认发现的5000 多颗系外行星之中，有近至比邻星附近的，有远在数万光年以外的；有半径只有地球三分之一的，有半径超过地球30 倍的；有诞生不足50 万年的新生行星，有年龄已超100 亿年的老年行星；有的围绕恒星公转周期只有不到1 个小时，有的却需要超过100 万年。本期内容我们将为大家介绍已发现系外行星中最奇特的存在。

距离最近与最远的系外行星

距离我们最近的恒星是南门二三合星系统中的比邻星，距离约4.2 光年。2016 年欧洲南方天文台在比邻星周围发现了比邻星b。图为比邻星b 和南门二三颗恒星的艺术想象图。

已知距离我们最远的系外行星分别是SWEEPS-11 和SWEEPS-04，这两颗系外行星都位于人马座方向，分别围绕两颗不同的恒星公转，距离我们约27700 光年。其中SWEEPS-11 的体积比木星略大，SWEEPS-04 的体积比木星略小，半径分别是木星的1.13 倍和0.83 倍，质量分别是木星的9.7 倍和3.8 倍。

质量最小的系外行星

PSR B1257+12A 是已知质量最小的系外行星，它位于室女座方向，距离我们约2300 光年，质量只有地球的五十分之一。这颗系外行星围绕一颗脉冲星公转，因为发现于1994 年，所以它的编号后缀是A，并不符合后来才约定的系外行星从小写字母b 开始的命名规则。2014 年国际天文联合会启动了系外行星世界命名活动，根据公众提名和投票为部分系外行星取了新的名字。这颗质量最小的系外行星的新名字是尸鬼星，这是北欧神话中的不死生物的名字。后续天文学家又在这颗脉冲星附近发现了其他两颗系外行星，图为这颗脉冲星及其3 颗系外行星的艺术想象图。

由于很难界定行星和褐矮星的界线，所以无法确定质量最大的系外行星。

半径最小与最大的系外行星

开普勒37 是一颗和太阳相似的G 型恒星，质量和半径约是太阳的0.8倍，年龄为56.6 亿年。有4 颗系外行星围绕开普勒37 运行，其中开普勒37b 是一颗半径只有地球约三分之一的行星，它很有可能是一颗固态行星，其表面温度高达400℃以上，不可能有液态水存在。

右图是由欧洲南方天文台甚大望远镜拍摄的TYC 8898-760-1 恒星及其两颗行星的真实图像。这是天文学家首次直接观测到不止一颗行星围绕一颗类太阳恒星运行。其中TYC 8898-760-1 b 的半径约是木星的3 倍，质量是木星的14 倍，公转轨道距离为162 天文单位，相当于海王星至太阳距离的5 倍。

密度最小与最大的系外行星

开普勒51 是一颗年轻的类似太阳的恒星，它的年龄只有5 亿年，发光能力是太阳的0.66 倍。在它的周围已经发现有3 颗系外行星，分别是开普勒51b、c 和d。这3 颗系外行星的密度是已知所有系外行星中最低的，其中开普勒51d 的密度测定值为每立方厘米0.046 克，b 和c 的密度也被确定在每立方厘米0.05 克以下。与之对比，地球的密度是每立方厘米5.5 克，土星的密度是每立方厘米0.687 克。图为开普勒51 行星系统艺术想象图。

密度最大的系外行星有可能是开普勒131c，它的密度高达每立方厘米77.7 克，但是测量误差很大，还需要进一步确认。

温度最低与最高的系外行星

已知温度最低的系外行星是距离我们2.2 万光年之外的OGLE-2016-BLG-1195Lb，这是一颗质量与地球差不多的系外行星，2017 年通过微引力透镜技术发现。它到母恒星的距离和日地距离也基本一致，但是它的表面温度据估计只有-240℃，被认为是表面温度最低的系外行星。原因是它围绕公转的是一颗质量非常小的恒星，天文学家们甚至尚无法确认它究竟是不是一颗恒星。

KELT-9b 则是一颗表面温度高达3700℃的系外行星，它围绕一颗半径比太阳大2 到3 倍、质量是太阳2到5 倍的大质量恒星公转，恒星的表面温度高达9700℃以上，而且KELT-9b 的轨道半径只有不到0.035 天文单位，轨道周期小于1.5 天。如此炽热的恒星以及如此近的距离使得KELT-9b 成为了已知最炽热的系外行星。图为KELT-9b 与它蓝白色恒星的艺术想象图。

公转周期最短与最长的系外行星

SWIFT J1756.9-2508 是一颗毫秒脉冲星，脉冲周期为5.5 毫秒。它是在2007年由雨燕伽马射线探测器发现的，同时还发现它拥有一颗具有行星级别质量的伴星，被称为SWIFT J1756.9-2508 b。这颗天体的质量约是木星质量的7.8 倍，有可能是一颗公转周期不到1 个小时的系外行星。

COCONUTS-2 b 是一颗气态巨行星，围绕一颗M 型的红色恒星公转。它的质量是木星的6.3 倍，公转轨道半径达到7500 天文单位，公转一周需要110 万年。这颗行星发现于2011 年，距离我们约35 光年，表面温度约160℃，是迄今为止通过直接成像法发现的距离我们最近的系外行星，也是人类直接观测到的温度最低的系外行星之一。图中左上红色天体是COCONUTS-2 b，右下是它围绕运行的恒星。

拥有最多系外行星的恒星系统

这是一个已知系外行星数量最多的，也是同我们的太阳系十分相似的恒星系统。开普勒90 是一颗与太阳相似的黄色G 型恒星，同太阳系类似也有8 颗系外行星围绕着它公转。其中有和地球大小相当的固态行星，也有和木星大小相仿的气态行星，其中开普勒90i 是一颗有着1.3 倍地球半径、2.3 倍地球质量的超级地球。最大的不同在于开普勒90的行星轨道半径都距离恒星更近，这使得它们的表面过于炎热而不可能有液态水的存在。开普勒90 位于2700 光年远的地方，亮度为14 等，天文爱好者们可以利用中等大小的望远镜找到它。图为开普勒90 行星系统示意图。

拥有最多恒星的系外行星系统

开普勒64b 是一颗比海王星更大的气态巨行星，它每137天围绕一对双星公转一周。这对双星分别是一颗表面温度比太阳更高的浅黄色F 型恒星和一颗表面温度较低的红色M 型恒星。而在距离开普勒64b900 天文单位之外的地方，还有另一对双星围绕着这个行星系统运行。也就是说在开普勒64b 这颗行星周围有4 颗恒星存在，如果你在它的表面将有机会看到4 个太阳同时挂在天上。图为开普勒64b 的艺术想象图，近景是开普勒64b，中景是它围绕公转的两颗恒星，左上方是另外两颗遥远的恒星。

平均行星质量最小和最大的系外行星系统

开普勒444 拥有5 颗系外行星。最小的行星与水星相当，最大的也不过金星大小，这是已发现系外行星系统中行星平均质量最小的系外行星系统。它们到恒星的距离比水星到太阳的距离还要近。水星的公转周期是88 天，而这5 颗行星的公转周期最长不超过10 天。据研究，开普勒444 是一个非常古老的行星系统，它形成于距今112 亿年以前，也是人类发现的最古老的类地行星系统之一。图为开普勒444 行星系统的艺术想象图。

蛇夫座ν 拥有两颗大质量系外行星，质量分别是木星的22.2 倍和24.6 倍。被认为是平均质量最大的系外行星系统，不过这个质量大小也有可能是褐矮星。