对系外行星的研究近年来正在蓬勃发展。天文学家已经确认了4000多颗位于太阳系以外的行星,且仍有近5000颗正待确认。研究结果显示,宇宙中行星的形态十分多样,有一些行星的形态甚至是我们在太阳系中从未见过的。

有史以来最不可思议的行星被发现——又大又轻,蓬松得像朵棉花-MAAMX

开普勒51行星系统中的3颗巨行星和太阳系部分行星的比较。NASA / ESA / STScI

最近哈勃太空望远镜发现的一种新型系外行星,看起来就像一朵朵巨大的棉花。它们个头很大,质量却很小。这意味着它们的密度极低。它们被称为“超级蓬松(super-puff)”行星。

迄今为止人们总共发现了两朵行星棉花,它们都位于开普勒51行星系统。这个行星系统的主星是一颗类日恒星,距离地球约2615光年,位于天鹅座。2012年,开普勒太空望远镜在这里发现了3颗行星。2014年,这些行星的密度被确认,而结果让天文学家大吃一惊。

这3颗行星中有2颗——开普勒51b和开普勒51d的大小和木星相仿,但质量却不足地球的数分之一。它们的大气层因何得以维持,天文学家百思不得其解。

这两颗行星从主星前方掠过时所呈现出来的光谱特征表明,它们的大气中存在盐晶云层或光化学烟雾。它们大气主要成分是氢和氦,但是除此之外,它们还被一层浓厚的甲烷雾霾所笼罩——就像土卫六那样。

有史以来最不可思议的行星被发现——又大又轻,蓬松得像朵棉花-MAAMX

这让天文学家吃了一惊,因为他们原本估计会发现水。但是这些行星却干燥蓬松得像棉花。在它们的大气中,研究人员甚至连一点水分子的迹象都没有找到。

根据行星每一次公转周期间存在的时间差,研究人员尽可能准确地对它们的体积和质量进行了估算。结果发现,开普勒51d的质量比之前认为的还要小。

在比较了这两朵棉花和其他行星的光谱数据之后,研究人员发现在行星云层和行星温度之间存在某种关联性——行星的温度越低,行星的云层就越多。

人们还发现,这两朵棉花正在快速地失去质量。开普勒51b每秒丢失的物质总量高达几百亿吨。它们正在缩小,天文学家估计,几十亿年后它们会变成非常常见的“迷你海王星”。这也意味着,这两颗行星也不是那么的与众不同。行星的“蓬松程度”似乎和行星系统的年龄有关——太阳系已存在46亿年,而开普勒51仅诞生了5亿年。

据推测,这两颗行星都是在开普勒51的“雪线”外形成的。“雪线”以外,行星系统中的所有易挥发物质都会凝固。它们诞生在远离主星的地方,并在随后的时间内逐渐向靠近主星的地方迁徙转移。这两颗行星很可能是常见行星类型的早期形态。

有史以来最不可思议的行星被发现——又大又轻,蓬松得像朵棉花-MAAMX

迷你海王星结构猜想。它们的体积是地球的1.5到4倍,有岩核和蓬松的气体壳。Geoff Marcy

参考:
The Featureless Transmission Spectra of Two Super-Puff Planets
https://arxiv.org/pdf/1910.12988.pdf