奇异的世界

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  电脑模拟显示,HD 189733b上面的风速大于每小时10000千米——这是地球上海平面声速的8倍。“这简直超过了我们的想象,”努特森说,“比喷气式飞机的速度还快得多。”
  2007年7月,在这颗行星上又有了惊人的发现:天文学家根据“斯皮策”对HD 189733b的观测记录发现,在这颗太阳系以外的行星大气中竟然存在水。至于为何在如此高温的行星上也能存在水,现在还是一个谜。
  
  行星质量 1.15倍木星质量
  公转周期 2.2个地球日
  与地球距离63光年
  母星质量 0.82倍太阳质量
  所在星座 狐狸座
  
  有史以来最大的行星
  
  一种神秘的不适——无节制的肥胖影响到了很多太阳系以外的行星。2007年早些时候,天文学家发现了有史以来最膨胀的世界:一个质量比木星小、体积却是木星5倍的行星。它的平均密度比酒瓶的软木塞还小,可以想象它能像海滨气球一样浮在水面上。
  由洛威尔天文台的乔治·曼度肖夫领导的团队,在一项名为“穿越大西洋行星调查”(简称TrES)的项目中发现了这个过于肥胖的行星——TrES-4。在此项目中,他们使用了在加那利群岛、亚利桑那州和加利福尼亚州安装的由小型自动望远镜组成的观测网络。当行星运行到恒星前面时,会遮挡一些恒星发出的光,使恒星略微变暗,而这正是曼度肖夫及其同事寻找的目标。
  1400光年之外的恒星的定期光变,显示出TrES-4行星的存在,它的公转周期仅为3.5个地球日。科学家使用在夏威夷和亚利桑那州的大型天文望远镜对它进行了持续观测,结果发现它的质量只有0.84倍木星质量。然而,母恒星光线变暗的程度显示TrES-4的直径竟然达到木星的1.7倍。
  天文学家计算出,TrES-4的平均密度只有每立方厘米约0.2克,跟香脂木的密度相同,大大低于水的密度。曼度肖夫说:“因为TrES-4对自己上层大气的引力相对较小,所以有些大气就可能逃逸,就像彗星的尾巴一样。”
  TrES-4是直到现在为止天文学家发现的密度最低的行星,不过他们也发现了其他一些膨胀的行星,它们膨胀的原因目前还不清楚,可能与它们距离母恒星太近,温度很高,导致它们膨胀有关。例如,TrES-4距离母恒星只有720万千米,它的表面温度高达1300℃。
  然而,就算把热量这个因素计算在内,TrES-4的个头也比理论预计值大很多。“我们还不知道它为什么会如此肿胀。”曼度肖夫说。一种可能性是内部热量使此类行星膨胀。它们的氢和氦可能是分离的,其中较重的氦沉降入行星核中,这一收缩过程可能会以热量的方式释放引力能。可是,现在仍不清楚为什么这种过程可以发生在某些巨大的行星上,而在其他行星上却不能。
  
  曼度肖夫预计TrES-4的日子不多了,因为其母恒星核心的氢燃料即将燃烧完,在10亿年之内,母恒星将变成一颗红巨星,届时TrES-4将被红巨星吞噬,这就是它的宿命。
  
  行星质量 0.84倍木星质量
  公转周期 3.55个地球日
  与地球距离1400光年
  母恒星质量1.22倍太阳质量
  所在星座 武仙座
  
  疯狂的彗星
  
  对于无所畏惧的过山车爱好者来说,这里也许是他们的理想之地。行星HD 80606b每4个月环绕它的母恒星运行一周,但“环绕”对这个行星来说不是一个恰当的词——这个质量几乎是4倍木星质量的巨大行星,在它所在的恒星-行星系统里狂野地摆动,就像一个疯狂的、个头太大的彗星一样。
  HD 80606b的公转轨道几乎与哈雷彗星的轨道一样细长,它与母恒星的距离最远时几乎达到地日距离,最近时却只有地日距离的3%。HD 80606b是一颗气态巨行星,所以你不能站立在它的表面上;但假若你能够飘浮在它的大气中并随它一起向母恒星疾驰,你就会在短短几天时间里看到它的母恒星由太阳一般大小急剧变大到太阳的900倍。
  
  行星质量 0.36倍木星质量
  公转周期 2.88个地球日
  恒星质量 1.3倍太阳质量
  所在星系 武仙座
  
  适宜居住的行星
  
  2007年4月,天文学家宣布,发现了一颗不同寻常的太阳系以外的行星。但这颗行星旋即又被宣布为实际上没有什么不同寻常之处。这是怎么一回事呢?
  它是在太阳系以外发现的与地球最相似的行星之一。它可能是一颗适合居住的岩石行星,表面平均温度为20℃左右,很宜人。这颗行星是乌德莉等人使用位于智利拉希拉的欧洲南方天文台的3.6米直径天文望远镜发现的。乌德莉当时说:“这是我们迄今发现的最小、最轻的行星。它与母恒星的距离也很合适,因此在它的表面可能有液态水存在。”
  当时,乌德莉的团队正在观测一颗名叫“格里斯 581”的正在变暗的红矮星,此前已知它有一颗类似海王星的气态巨行星。根据母恒星的微小摆动,乌德莉等人发现它还有两颗行星。其中一颗的质量约为8倍地球质量,公转周期为84个地球日。另一颗约为5倍地球质量,使它成为截至当时发现的围绕一颗正常恒星运行的最小的太阳系以外的行星。
  假如这颗“最小的行星”也像地球一样有很多岩石,就应该比地球的直径大一半。乌德莉等人是在简单地假设这颗行星也像地球或金星那样反射掉部分恒星的光后得出它的“宜人”温度的。然而,德国波茨坦气候影响研究学院的沃纳·冯·布劳等人对这颗“超级地球”可能的资源和二氧化碳的沉降情况进行计算机模拟,得出结论:它可能被厚厚的二氧化碳所覆盖,所产生的温室效应使它的表面温度极高,因此是生命的禁区。不过,在那颗距离母恒星遥远的8倍地球质量的行星上,同样也有温室效应,而这却使它可能成为生命的天堂。
  不管结果如何,“格里斯 581”引发了一场关于决定行星是否适合居住的因素的辩论,其中一些因素至今仍不清楚。欧洲空间局定于2015年发射升空3艘“达尔文号”飞船,届时将可以看到围绕着“格里斯 581”运行的行星,并有可能查明其上是否有生命存在。
  
  行星质量分别为16倍、5倍和8倍地球质量
  公转周期分别为5.4、13和84个地球日
  与地球距离 20.5光年
  恒星质量0.3倍太阳质量
  所在星系天平座
  
  感受脉冲
  
  
  在太阳系之外发现的第一批行星震惊了天文学家,到现在它们仍然是最怪异的行星,因为它们不是围绕着像太阳这样的恒星旋转,而是围绕着脉冲星运转。
  脉冲星是巨大恒星坍塌后的残留物,密度很大,体积却很小,直径一般只有15千米。脉冲星是由超新星爆发后留下的高密度中子星内核坍缩形成的。随着中子星每6毫秒旋转一次,强大的无线电波横扫地球,天文学家因此能定期收到“嘀、嘀”的无线电波。
  之所以能够发现这些行星,仅仅是因为望远镜没有修好。亚历克斯·沃尔茨坎来自美国康奈尔大学。当时他要对大片的天空进行搜索,以便寻找脉冲星,但这需要花费很长时间,而当时没有一台射电望远镜能够有这么长的“空闲时间”来“打发”。凑巧的是,当时位于波多黎各的阿雷希伯射电望远镜正在维修裂缝,这意味着它的观测范围受限,无法胜任其他许多观测任务,但对于沃尔茨坎来说,它却是再合适不过了。
  1990年,在搜索过程中,沃尔茨坎发现了一颗名为PSR B1257 12的脉冲星,并且很快就注意到它的脉冲时间的变化有些奇怪。经过测量,他推断出有3颗行星在围绕这颗脉冲星运行,使它产生了轻微的摆动。
  围绕脉冲星旋转的行星?当时几乎所有的天文学家都以为在太阳系以外的第一个发现是像木星一样的行星围绕着像太阳一样的恒星(而不是脉冲星)运转。直到1994年,沃尔茨坎的发现才被证明无误。
  这3颗行星的质量分别为地球质量的0.02、4.3和3.9倍,它们的实际模样取决于其构成。也许,超新星富含金属的残骸组成了围绕中子星运转的圆盘。最极端的情况是,那颗质量为3.9倍地球质量的行星由铁构成,其密度为地球的2倍,表面重力为地球的3倍。这颗行星有一个很大的、旋转着的铁质内核,所以它的磁场很强。脉冲星发射高能粒子流,速度接近光速,到达行星后会在行星大气中形成绚丽的极光,这样就使行星发光。
  
  行星质量1.6倍月球质量,4.3和3.9倍地球质量
  公转周期分别为25、66和98个地球日
  与地球距离 980光年
  恒星质量1.35倍太阳质量
  所在星系室女座
  
  未来的行星世界
  
  在未来,我们还会发现怎样奇异的世界?在距离我们1.52亿光年以外的巨爵座,围绕一个四星系统运行的行星将给我们一些线索。这个四星系统由两对靠得很近的双恒星构成,两对双星在一个扁长的轨道上运行,其中一对的周围环绕着同心尘埃环,环之间的空隙可能是被一颗行星的引力清空了。如果站在这颗行星上,你将看到它的两颗橘红色母恒星在它的天空中冉冉升起,另外两颗伴星则在一旁跳华尔兹。
  美国宇航局艾姆斯研究中心的杰克·李萧尔等科学家推测,恐怕还有由铅构成的超密度行星存在。与此相对应,在另一个极端,也可能有由氢构成的极轻质行星存在,它们与我们已知的行星毫不相同,而更像是悬挂在太空中的巨大云球,在距离母恒星十分遥远的轨道上环绕母星运行。甚至,还可能有行星围绕黑洞运行。
  毫无疑问,太阳系以外肯定存在着一些我们从来没有想到过的世界。“我们无论如何都预言不到,”李萧尔说,“我们的预测速度实在是慢得惊人,大自然的想象力比科学家的可丰富多了。”不过,随着探测的进一步深入,更多、更奇异的太阳系以外的世界展现在我们面前无疑指日可待。其实,此前找到的太阳系以外的行星几乎都是大个头并不奇怪,因为以往的观测手段基本上只能发现大个头。但是,像地球这样的小个头肯定是存在的,只是它们仍然在等待我们去发现。科学家相信,总有一天我们会发现另一个有生命的“地球”的存在——尽管这一发现可能需要较长的时间。
  (本文部分图片由美国宇航局提供)
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