位于基特峰的WIYN 3.5米望远镜发现了罕见系外行星极其奇怪的轨道

目前，已确认的系外行星超过 5600 颗，分布在 4000 多个恒星系统中。其中约有 300-500 颗系外行星属于 热木星这一奇特类别 ——大型、类似木星的系外行星，其轨道非常靠近恒星，有些甚至像水星与太阳的距离一样近。热木星如何最终进入如此近的轨道仍是一个谜，但天文学家推测，它们最初在远离恒星的轨道上运行，然后随着时间的推移向内迁移。这一过程的早期阶段很少被观察到，但随着对这颗轨道异常的系外行星的新分析，天文学家距离解开热木星之谜又近了一步。

这颗系外行星被命名为 TIC 241249530 b，它的发现源于美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星 ( TESS ) 在 2020 年 1 月探测到一颗恒星亮度下降，这与一颗木星大小的行星从它前面经过或 凌日一致。为了确认这些波动的性质并排除其他可能的原因，一个天文学家团队使用了 美国国家科学基金会基特峰国家天文台 ( KPNO ) 的WIYN 3.5 米望远镜上的两台仪器 ，KPNO 是 NSF NOIRLab 的一个项目。

该团队首先利用了 NASA 资助的 NN-EXPLORE 系外行星和恒星斑点成像仪 ( NESSI )，该技术有助于“冻结”大气闪烁并消除任何可能混淆信号源的外来源。然后，该团队使用 NASA 资助的 NEID 光谱仪， 通过仔细观察其主星的光谱或其发射光的波长如何由于系外行星绕其运行而发生变化，测量了 TIC 241249530 b 的径向速度。

NOIRLab 博士后研究员、 《自然》杂志发表论文的主要作者 Arvind Gupta 称赞 NESSI 和 NEID 对团队表征和确认系外行星信号至关重要。Gupta 解释说：“ NESSI 让我们能够更清晰地看到恒星，而 NEID 则精确测量了恒星的光谱，以检测对系外行星轨道变化的反应。”Gupta 特别指出了 NEID 观测调度框架的独特灵活性，因为它允许团队根据新数据快速调整观测计划。

“WIYN 望远镜在帮助我们理解为什么其他太阳系中的行星在不同系统之间存在如此大的差异方面发挥着至关重要的作用，” NSF NOIRLab 项目主任、NSF 的 Chris Davis 说道。 “NSF 和 NASA 在 NN-EXPLORE 项目上的合作在系外行星研究方面继续取得令人瞩目的成果。”

对光谱的详细分析证实，这颗系外行星的质量大约是木星的五倍。光谱还显示，这颗系外行星的轨道非常 偏心，或者说是拉伸轨道。行星轨道偏心率的范围是从 0 到 1，0 表示完美的圆形轨道，1 表示高度椭圆形。这颗系外行星的轨道偏心率为 0.94，比通过凌日法发现的任何其他系外行星的轨道偏心率都要大 [1]。相比之下，冥王星绕太阳运行的高度椭圆轨道的偏心率为 0.25;地球的偏心率为 0.02。

如果这颗行星是我们太阳系的一部分，它的轨道将从它与太阳的最近距离(比水星与太阳的距离近 10 倍)一直延伸到与地球的距离。这种极端轨道将导致行星上的温度变化范围从夏日的温度到足以熔化钛的温度。

除了这颗系外行星轨道的特殊性之外，研究小组还发现，这颗行星的轨道是逆向的，也就是说，它与主星的自转方向相反。天文学家在大多数其他系外行星上，甚至在我们自己的太阳系中，都看不到这种现象，这有助于研究小组对这颗系外行星形成历史的解读。

这颗系外行星独特的轨道特征也暗示了它未来的轨迹。预计它最初的高偏心轨道和与主星的极近距离将使行星的轨道“圆形化”，因为 行星上的潮汐力 会从轨道中吸收能量，并使其逐渐收缩和圆形化。在这次迁移发生之前发现这颗系外行星很有价值，因为它为了解热木星如何形成、稳定和随时间演变提供了重要的见解。

“虽然我们无法按倒带键实时观看行星迁移的过程，但这颗系外行星可以作为迁移过程的一个快照，” 古普塔说。 “像这样的行星极其罕见，很难找到，我们希望它能帮助我们解开热木星形成的故事。”

“我们特别感兴趣的是，当这颗行星以极低的距离接近其恒星时，我们能了解到它大气层的动态，” 宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学教授杰森·赖特 (Jason Wright) 表示，他在古普塔 (Gupta) 就读该大学期间负责指导该项目。 “像美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜这样的望远镜具有探测新发现的系外行星在快速升温过程中大气层变化的灵敏度，因此该团队还有更多有关这颗系外行星的知识需要学习。”

TIC 241249530 b 是迄今为止发现的第二颗表现出热木星迁移前阶段的系外行星。这两个例子共同证实了这样一种观点：质量较大的气态巨行星在从偏心率较高的轨道向更紧密、更圆的轨道迁移时会演变成热木星。

“二十多年来，天文学家一直在寻找可能成为热木星前身或迁移过程中间产物的系外行星，因此，当我发现一颗行星时，我感到非常惊讶和兴奋，” 古普塔说。 “这正是我希望找到的。”

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