【系外行星之最】——那些令人恐懼的系外行星

“我們希望發現一個天堂，但卻發現了許多地獄。”

就像是當年樂觀的sol III土著認爲金星上有熱帶雨林，火星生物開鑿了運河一樣；在一開始搜尋系外行星的時候，天文學家也將太陽系認爲是行星系的“模板”。

但是相比第二個地球，更多的其他世界用地獄稱呼，還是稍顯仁慈了。這些外星世界的狂野超乎任何最有想象力的科幻作家想象。

其實，某種程度來說，我們那和平的太陽系纔是怪胎。

母恆星光譜：sdB

半長軸：0.006AU

半徑：0.759地球半徑

質量：0.34地球質量

一顆行星能夠有多熱？一顆行星如何在被吞噬後倖存？

開普勒70b是一顆環繞B型次矮星（sdB）開普勒70的類地行星。因爲相當接近母恆星。開普勒70b的軌道週期只有5.76小時——屬於週期最短的行星之列。

雖然是名義上的類地行星，因爲過於接近母恆星導致其表面溫度高達7662K（7389°C）！甚至超過了太陽的表面溫度。這時，已經很難說這是一顆“類地行星”了……行星無疑正在蒸發。

另一顆同一個系統裡行星開普勒70c的處境也好不到哪裡去，距離母恆星僅僅比開普勒70b遠了一點點，同樣在被蒸發。

在2011年，一種非常吸引人的解釋說明了它們可能的經歷：它們很可能曾是圍繞一顆B1V恆星運行的類木行星。但在母恆星變成紅巨星時，這兩顆行星以螺旋狀軌道逐漸接近母恆星。當這兩顆行星非常接近母恆星時，它們除岩石核心外的其他外層都被蒸發；在母恆星於1840萬年前脫離紅巨星階段成爲B型次矮星後，這兩顆行星便成爲了現在的類地行星，並環繞着白矮星公轉。[1]

沒什麼比這種詭異而絕處逢生的命運更吸引人的了。

母恆星光譜：G5V

半長軸：0.453AU

半徑：0.921木星半徑

質量：4.0木星質量

沒有什麼東西比一個太陽系級別的過山車更加刺激的了：HD 80606 b高達0.93的軌道離心率可以滿足任何人的需求。

roller coaster！

在它上面，你會從0.876AU的遠日點俯衝到0.0301AU的近日點，體會終極的過山車樂趣。

你可以體驗到的遊覽項目包括且不限於：

A、令人印象深刻的光照變化：在遠日點時其光照量和地球相當，但近日點時卻是地球的800倍。

B：極致的日出體驗：在近日點感受相當於Sol III上看到的30倍恆星大小。

C、難忘的升降溫：接近近日點時，表面溫度會在6小時以內從800 K（500°C）上升至1500K（1200°C）！

D、前所未見的風暴：急劇的升溫使得行星氣候變化相當激烈。電腦模行預測該行星的急劇升溫會產生每秒速度達3英里（4800m/s）的超音速衝擊波風暴[2]。

以上游覽項目任君挑選，附贈一份全額人身保險——當然，似乎沒有什麼差評呢~

HD 80606 b的天氣模擬和震盪波一般的風暴 天空中的洞：開普勒1b（反照率最低的系外行星）

母恆星光譜：G0V

半長軸：0.035AU

半徑：1.272木星半徑

質量：1.199木星質量

一顆行星能夠有多黑？

發現開普勒1b的時候，情況似乎還沒有那麼糟，直到它被開普勒望遠鏡的開光照片拍下，因此獲得了開普勒1b這個編號。

開普勒任務對開普勒1b觀測的首個重要結果就是，它的幾何反照率極低。

2011年的研究[3]指出如果該行星的晝夜亮度對比是因爲幾何反照率造成，反照率值爲2.53%；但模型的模擬則指出晝半球的輻射佔了絕大多數總輻射量，因此真實反照率應遠低於原先的推測。模型預測反照率小於1%，而最符合觀測結果的值是0.04%。

這是什麼意思呢？通俗點講，就是反照率低於煤炭和黑色丙烯顏料，沒錯，比你桌上的顏料還黑。放到太空中，除了晝半球有因爲溫度過高而令人膽寒的泛紅光斑——因爲太黑它幾乎吸收了全部接收到的能量——之外，我們什麼都看不見，行星就像是在太空中挖出了一個洞。

這顆行星居然還有卡通形象，離譜：

母恆星光譜：G1IV

半長軸：0.1153AU和0.1283AU

半徑：1.498和3.679地球半徑

質量：3.83和7.13地球質量

這幾乎是一起宇宙中的交通事故：兩顆超級地球/迷你海王星被鎖定在7：6的軌道共振裡[4]，在地月距離的5倍左右上近距離會車。從內側的行星上看去，較外側的行星在每97天的衝時會大得驚人：比地球上看到的超級月亮還要大2.5倍。強大的引力足以在開普勒36b上引起劇烈的地質活動，撕裂它的地表。

更加有趣的是，開普勒36b的密度非常的高（6.8g/cm³），非常可能是一顆因爲距離母恆星過近的軌道而受到加熱損失掉外層的熱海王星。[5]

母恆星光譜：G

半長軸：0.2514AU

半徑：7.1地球半徑

質量：2.1地球質量

最輕柔的行星能夠有多柔軟？

開普勒51系統的三顆行星五彩斑斕，就像是三顆棉花糖一般。

它們也確實是棉花糖，非常年輕（5億年）和來自母恆星的加熱讓它們極度鼓脹。哈勃太空望遠鏡上的第三代廣域照相機 (WFC3)分別記錄了開普勒51b和51d兩顆行星的凌日。通過這些信息以及最新更新的恆星參數、重新分析的開普勒數據，科學家發現三個巨大行星的密度都非常低。

結果表明，在開普勒51系統中被研究的三顆行星的密度都低於0.1g/cm³，相當於棉花糖的密度，由此獲得了超氣脹行星的雅號。

接下來的研究顯示，這三顆行星擁有純淨的氫氦大氣層，其中開普勒51b的情況最爲誇張，密度低到了0.03g/cm³（其他兩顆行星也只是0.03g/cm³和0.046g/cm³），作爲對比，就算是土星也有0.687g/cm³的密度。

甚至它們的密度在幾億年前會更加的低[6]：

但是隨着它們的演化以及逐步失去部分的大氣層（開普勒51b會失去超過三分之二的氫和氦），最後在50億年後穩定在正常，成熟的行星密度範圍內——雖然基本上還是處於正常範圍的下限。

母恆星光譜：DB

半長軸：0.0014AU

半徑：0.47木星半徑

質量：35木星質量

假如一顆恆星通過某種方式失去了質量，以至於太小而不能稱之爲一顆恆星呢？

小獅座YZ是一顆獵犬座AM型變星（AM Canum Venaticorum variables，AC），一種雙星系統中的類新星變星，伴星會因爲超出洛希瓣被白矮星吸食物質。（有關這種變星可以參考有關變星的簡要介紹 - 知乎 (zhihu.com)）

說是雙星，嚴格來說小獅座YZ的伴星卻不是一顆恆星，而是一顆質量爲35木星質量的亞恆星天體——軌道傾角高達82°，每28分鐘就繞着已經增長到0.872太陽質量的白矮星一週[8]，雖然其質量遠遠不及，半徑卻還是比白矮星大一些。

這顆行星現在還陷在自己被扯出物質的吸積盤裡面，意味着下崗了還要996……的貢獻。

母恆星光譜：？（可能是M）

半長軸：1.16AU

半徑：？地球半徑

質量：1.43地球質量

OGLE-2016-BLG-1195Lb是一顆距離地球約1.3萬光年的太陽系外行星，母恆星爲OGLE-2016-BLG-1195L。該行星於2017年由韓國天文研究院所屬韓國微重力透鏡望遠鏡網（Korean Microlensing Telescope Network，KMTNet）與斯皮策空間望遠鏡以微引力透鏡方式發現。

OGLE-2016-BLG-1195Lb的質量與地球近似，並且與母恆星的距離與日地距離相當。但是非常不幸地，它繞轉的恆星是一顆0.08太陽質量的超低溫矮星（Ultra-cool dwarf）[9]，這類恆星的溫度也就是上面的開普勒70b溫度的三分之一左右。因此導致其表面溫度只有可憐的31K（-242°C），實際上，這個溫度下已經沒有多少氣體能夠形成大氣層了，因爲全都凍成了固態。

母恆星光譜：DB

半長軸：0.005AU

半徑：0.15地球半徑

質量：0.0006678地球質量

太陽死了之後地球會發生什麼？

這就是遙遠未來的恐怖預演：一顆行星正在被白矮星蒸發。

WD 1145+017並不是什麼神奇的東西。這顆白矮星的質量爲0.6太陽質量，半徑爲1.4倍地球半徑，表面溫度15900K，是顆年齡1億7500萬年的典型白矮星，根據最近的研究和它的質量，這顆恆星在成爲紅巨星之前可能是一顆早期F型主序星（光譜類型F0）。

雖然，這個系統不是一個開普勒感興趣的目標，但它是在觀測的視野中——結果發現白矮星有下列元素的強烈吸收譜線：鎂、鋁、硅、鈣、鐵和鎳。這些通常在岩石行星中被發現的元素，是經由通過恆星的混合污染了恆星的表面，要經過100萬年纔會從視野中消失——組成行星的物質正落到恆星上。

接下來就是在碎片中發現了WD 1145+017 b，這顆可憐的天體軌道週期爲4.5小時[11]， 位於會被母恆星撕裂的距離內，所以應該是這顆恆星成爲白矮星之前的行星被撕裂留下的殘骸[12]。白矮星的光變還顯示，在WD 1145+017 b軌道上還有一些90km左右直徑的碎片——這些碎片無疑告訴我們，之前這顆死亡的恆星是如何撕碎了自己的行星。

至於WD 1145+017 b本身，這個衛星大小的殘骸正在被加熱，在白矮星的輻射下蒸發，未來的1-2億年內就會被徹底抹去。

母恆星光譜：P

半長軸：0.19AU

半徑：？

質量：0.02地球質量

每天接受恆星級高頻率消殺服務的感受，PSR B1257+12 A以及其他兩顆也環繞這脈衝星的行星都非常清楚。

PSR B1257+12 A是人類發現的第一批系外行星，原因其實很簡單：它圍繞一顆2300光年遠處的毫秒脈衝星運行，脈衝星本身的週期非常精確，而行星的存在會干擾脈衝星的輻射產生異常——如此就可以偵測到非常小的天體。

在這顆行星上有以下好處：

1、重力比地球小，可以跳得很高；同時行星比較小不需要走遠路。

2、260K的溫度，不算很糟糕，還能欣賞如同探照燈一般的脈衝星。

3、每秒160次的消殺，讓你細胞的每個染色體都沐浴在輻射中。

服務提供商提示：單程旅行，沒有保險，後果自負。

更加有趣的事情，是這個系統的來源：脈衝星擁有行星實在是難以置信，因爲超新星實在是太有毀滅性了，一個猜測是這些行星是在兩顆白矮星碰撞引發的超新星後形成的[13]。

因此這顆行星獲得了Draugr的名字——源於諾斯神話中的不死生物。

母恆星光譜：F

半長軸：0.065AU

半徑：2.08木星半徑

質量：0.34木星質量

最大的行星能有多大？並不是越重的行星就越大的。

一般來說引力較弱而且靠近恆星的巨行星是最好的候選者，一如HAT-P-67 b。這顆距離母星只有 0.065AU的行星在被加熱到1903K的高溫之後膨脹到了木星的2.08倍半徑——可以橫着排列23.4個地球，考慮到最小的恆星只有5倍地球半徑大小，這實在是令人驚歎的體積。[14]

就是氣溫高了點（這好像不止一點點）。

這種因爲高溫而膨脹的巨行星有一個比較好的稱呼“氣脹行星”（Puff Planet），比起“熱土星”（Hot Saturn）有趣一些。

母恆星光譜：F8V

半長軸：0.06AU

半徑：1.19木星半徑

質量：0.72木星質量

對於一顆熱木星來說，9天就是一年挺正常的，90°的軌道傾角[15]就不是很正常了。這幾乎就是極軌衛星的行爲，而且並不尋常。

接下來的問題是，是什麼擾動讓這顆行星出現在如此奇怪的軌道上？

母恆星光譜：M3

半長軸：7506AU[16]

半徑：1.12木星半徑

質量：6.3木星質量

有什麼比孤獨更可怕呢？

想象一個世界，那裡太陽和不存在沒什麼區別，一年長達100萬地球年……

沒錯，COCONUTS-2b（椰子-2？）可謂是所有有母恆星的行星中最孤獨的，軌道半長軸有7506天文單位。在這個距離上M型恆星看起來和普通的恆星沒什麼兩樣，環繞恆星一週需要1101369.9年。作爲對比，110萬年之前人類還沒有發展出文明。

這樣的半長軸使得天文學家很容易就把它和闇弱的母星區分開來，用直接影像法發現它的存在。

1、^Charpinet, S.; et al. (December 21, 2011), "A compact system of small planets around a former red-giant star", Nature, 480 (7378): 496–499

2、^Laughlin, G.; et al. (2009). "Rapid heating of the atmosphere of an extrasolar planet". Nature. 457 (7229): 562–564.

3、^David M. Kipping & David S. Spiegel (2011). "Detection of visible light from the darkest world" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 417 (1): L88.

4、^Carter, J. A.; et al. (2012). "Kepler-36: A Pair of Planets with Neighboring Orbits and Dissimilar Densities". Science. 337 (6094): 556–559.

5、^Bodenheimer, P.; Stevenson, D.; Lissauer, J.; D'Angelo, G. (2018). "New Formation Models for the Kepler-36 System". The Astrophysical Journal. 868 (2): id. 138 (17 pp.)

6、^Libby-Roberts, Jessica E.; et al. (2020). "The Featureless Transmission Spectra of Two Super-puff Planets". The Astronomical Journal. 159 (2): 57.

7、^褐矮星，太陽系外行星百科收錄；真正的週期最短“行星”目前是Gaia14aae b（9.7倍木星質量）

8、^SDSS J0926+3624: the shortest period eclipsing binary star，Copperwheat C. M., et al., 2011

9、^Shvartzvald, Y; et al. (1 May 2017). "An Earth-mass Planet in a 1 au Orbit around an Ultracool Dwarf". The Astrophysical Journal Letters. 840 (L3): L3.

10、^本身質量太小不足以達到行星的標準，但是太陽系外行星百科已收錄

11、^Andrew Vanderburg; John Asher Johnson; Saul Rappaport; Allyson Bieryla; Jonathan Irwin; John Arban Lewis; David Kipping; Warren R. Brown; Patrick Dufour; David R. Ciardi; Ruth Angus; Laura Schaefer; David W. Latham; David Charbonneau; Charles Beichman; Jason Eastman; Nate McCrady; Robert A. Wittenmyer; Jason T. Wright (11 June 2015). "A disintegrating minor planet transiting a white dwarf" . Nature (published 22 October 2015). 526 (7574): 546–549.

12、^Duvvuri, Girish M.; Redfield, Seth; Veras, Dimitri (18 March 2020). "Necroplanetology: Simulating the Tidal Disruption of Differentiated Planetary Material Orbiting WD 1145+017". The Astrophysical Journal. 893 (2): 166

13、^ Podsiadlowski, P. (1993). "Planet Formation Scenarios". Planets Around Pulsars; Proceedings of the Conference. Planets Around Pulsars. 36. California Institute of Technology. pp. 149–165.

14、^HAT-P-67b: An Extremely Low Density Saturn Transiting an F-Subgiant Confirmed via Doppler Tomography, G. Zhou, et.al，2017

15、^S. Aigrain; et al. (2008). "Transiting exoplanets from the CoRoT space mission IV. CoRoT-Exo-4b: a transiting planet in a 9.2 day synchronous orbit". Astronomy and Astrophysics. 488 (2): L43–L46

16、^https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/7945/coconuts-2-b/