岩石系外行星为什么会伴有三个红太阳？

1. 岩石系外行星为什么会伴有三个红太阳？

我们的太阳犹如恒星中的一只孤狼，独自闪耀。但在更广阔的宇宙中，很多恒星其实是与其他恒星聚在一起，并围绕着引力中心旋转着的。在这样的某种三星系统中，天文学家们意外发现了一颗系外行星。


图2 系外行星“Kepler-62f”拥有高浓度二氧化碳大气层，其表面可能存在液态海洋。
这颗系外行星围绕着22.5光年之外的构成了LTT 1445系统的三颗红矮星的主星运转，因此它被命名为：LTT 1445Ab。


图3 三星系统印象图。在《星球大战》中，行星“塔图因”围绕着一个双星体系运转，而LTT 1445Ab则围绕着一个由三颗红矮星组成的三星体系运转。
“如果你站在那颗行星的表面上，你将会看到天空中有三个太阳，其中两个离得很远，所以看起来很小。”哈佛-史密森尼天体物理中心的天文学家詹妮弗·温特斯向《新科学家》杂志社介绍道，“它们就像天空中的两只有不祥预兆的红眼睛一般，默默俯瞰着大地。”


图4 三星系统想象图。从星球表面上看，天空中出现了三个太阳。
这颗行星是由美国宇航局（NASA）用来搜寻行星的太空望远镜TESS发现的。通过探测到行星挡住恒星的一小部分光线时的“减弱”的信号，该望远镜可用于寻找系外行星。


图5 使用太空望远镜TESS进行行星探索。
信号减弱程度会受到来自行星引力的微弱影响（行星引力可用其他望远镜探测到），恒星也会受行星引力牵引有小幅度运动，而这些皆有利于科学家合理推测该行星的大小和质量。
研究发现，LTT 1445Ab与2016年发现的另一颗有三个太阳的系外行星HD 131399Ab并不相同。与前者相比，后者是一颗巨行星，每550年左右会绕着距地球340光年外的三星系统中的一颗恒星旋转一圈。


图6 欧洲南方天文台的SPHERE设备所拍到的三星系统影像。靠近图片中心的小光点为行星HD 131399Ab，它绕着系统中质量最大的恒星HD 131399A旋转。右下两个光点是另外两颗质量较小的恒星（HD 131399B和C）。它们在相互绕转的同时，也绕着恒星A旋转。
反观LTT 1445Ab，从大小上看，这颗系外行星仅比地球大1.35倍，但它的质量是地球质量的8.4倍，所以它的密度还是比地球密度大得多。
尽管基于这种规格的体积和质量，它被划分为岩石行星——如同地球、金星和火星那样的行星，而不是“气态球”或“冰球”。值得一提的是，这些“气态球”或“冰球”内虽然有各种各样相当壮观的景色，但它们的宜居可能性却相当低。
这颗系外行星每5.36个地球日就会绕着恒星旋转一圈。由于离它的“太阳”比较近，因此其表面温度可达到428开尔文（即155°C或311°F）。
即便如此，天文学家们仍有兴趣继续研究下去。这是因为，LTT 1445Ab可能有大气层，而这样的能绕恒星公转的有大气层的岩石行星，正是天文学家们测试用来寻找气体（如甲烷和二氧化碳）的探测工具的好地方。
有大气层的行星不仅会使来自恒星的光线变弱，还会因其大气层的化学成分进一步改变这些光线的参数。也就是说，科学家可以通过分析恒星光谱的变化，进一步拼凑还原出该行星的化学成分。
近几年流行的技术手段都不大适合做这个，但科学家们还是对哈勃太空望远镜的继任者——詹姆斯韦伯太空望远镜抱有很高的希望。它将于2021年发射升空，因此天文学家们正紧张甄选着他们想要它去探测研究的目标。
对此，LTT 1445Ab是一个很不错的候选者。这是因为，它可以经常入镜，所以会有很多观测它的机会。而且，它离我们只有22.5光年远，在宇宙尺度上，离地球也不算远了。另外，其红矮星亮度足以照亮大气层，但又不足以超过这颗行星的亮度。这些特点都利于观察该行星。


图7 围绕着红矮星运行的系外行星。
进一步地，即使是没有大气层，或者大气层中没有生物信号的岩石类行星，在围绕红矮星的近距离轨道上也很可能被探测到。所以，通过LTT 1445Ab的细致观测，可以告诉我们更多的我们在这类行星上可发现的东西。

2. NASA发现了拥有三个红色太阳照射的系外岩石行星

  美国国家航空航天局宣布已经发现了一颗新的系外行星，它被命名为LTT 1445 A b。 哈佛天体物理中心的一个团队在判读TESS太空望远镜的数据时发现了它。该团队表示，LTT 1445 A b可能是一个岩石世界，它绕其恒星的轨道飞行仅需五天。
      LTT 1445 A b离地球约22光年，由于它的轨道离母星太近，科学家认为它的表面温度非常高，大约为320华氏度，就像烤箱一样热。
   这颗行星在它的恒星周围处于一个稳定的轨道上，但是一对兄弟恒星在更远的距离上彼此绕轨道运行，并且行星主星在这些恒星周围运行。这使得LTT 1445 A b成为三太阳系统的一部分。美国国家航空航天局指出，LTT 1445系统中的所有三颗恒星都是红矮星。红矮星要来得更小，温度也较低，但燃烧的时间更长。
   迄今为止发现的距离地球最近的过渡行星系统是HD 219134 bc，距离我们大约21光年。

3. 天文学家发现形状像橄榄球的系外行星

行星通常是太空中围绕恒星运行的圆形天体，至少在大多数情况下如此：我们刚刚首次看到一颗系外行星，它已被恒星的引力变形为橄榄球状的天体。 
  
  虽然这听起来很奇怪，但这并不出人意料——这是我们第一次在宇宙中真正看到这样的东西。这颗系外行星由欧空局的 Cheops 系外行星搜寻任务探测到，在大力神 星座 中绕 WASP-103 运行。 
  
  Cheops 通过测量恒星的光并观察可能的系外行星在我们和恒星之间经过时的亮度下降来发现系外行星。有规律的、精确的间隔发生的倾角是系外行星的有力证据。 
  
  这颗系外行星 WASP-103b 是一颗气态巨行星，大小约为木星的两倍，质量是木星的 1.5 倍。但是，WASP-103b 不是在其太阳系的更远范围内运行，而是所谓的“热木星”。 
  
  这些气态巨行星的轨道非常靠近它们的恒星，通常甚至比水星绕太阳的轨道还要近得多。因此，这些系外行星绕着它们的恒星运行的速度通常比我们过去看到的要快得多，但 WASP-103b 在不到一天的时间内完成了围绕它的恒星的轨道——这大约是我们太阳的 1.7 倍。 
  
  这使它非常接近 WASP-103；事实上，如此接近，施加在行星面向恒星一侧的引力远大于施加在远离恒星一侧的引力。 
  
  这种重力差异（称为潮汐力）正在将系外行星拉出典型的椭球体形状。我们经历了与月球相似的事情，因为它在地球上产生海潮，因此得名。直到现在，我们还从未见过这些力量实际上使行星变形。 
  
  由于系外行星非常快速的轨道周期，Cheops 天文学家想方设法检测到变形。这给了天文学家很多机会进行测量和观察系外行星凌日，他们在恒星的光变曲线中看到的数据揭示了这颗行星不寻常的形状。 
    
  “这是第一次进行这样的分析，我们可以希望在更长的时间间隔内进行观察将加强这种观察，并更好地了解地球的内部结构。” 
  
  当我们第一次开始观察系外行星时，我们期望看到它们的排列方式就像它们在我们自己的太阳系中一样，内部有岩石世界，外部区域有大型气体巨行星。 
  
  尽管如此，我们还是发现了数量惊人的热木星，包括有史以来第一颗围绕主序星（即不是恒星尸体）发现的系外行星，飞马座 51b。 
  
  虽然我们已经确定的大多数气态巨行星系外行星都反映了我们自己太阳系的设置，但它确实提出了一个问题，即是什么导致气态巨行星迅速迁移到围绕恒星如此接近的轨道，以及是什么让原始木星远离做同样的事情。 
  
  老实说，我们真的不知道。这就是天文学家如此热衷于研究系外行星的原因之一——这是我们了解我们自己的太阳系如何形成的最大真正希望。

4. 天文学家发现了一颗与地球有极大相似的新行星

系外行星的发现曾经只是科学家的梦想，但新的望远镜技术和更先进的观测技术使寻找太阳系外行星的任务比以往任何时候都容易。事实上，如今发现了如此多的新系外行星，科学家们不得不挑选最需要研究的系外行星，因为根本没有足够的眼睛可以四处走动。 
    
  这颗行星被称为“亚海王星”，意思是它比海王星小但比地球大。人们认为它不是一个主要由岩石组成的世界，因此它不被认为是超级地球，但它的大气仍然可以为科学家们提供一些非常有用的信息。 
    
  发现 TOI-1231b 的部分原因是它的恒星大小。当深入太空时，科学家们发现，由于行星对恒星本身的影响，更容易发现围绕较小恒星运行的行星。如果一颗亚海王星行星绕着一颗小的、冷的红矮星运行，从我们的角度来看，这颗行星在它的恒星前面经过时会投下一个很大的阴影。这使得 NASA 的凌日系外行星调查卫星 (TESS) 等仪器能够更准确地发现此类世界。 
  
  如果我们希望 探索 宇宙以寻找生命、类地世界和我们可以建立商店的行星，那么了解行星及其大气如何围绕不同类型的恒星形成至关重要。像这样的发现是朝着那个未来迈出的一步，即使我们都不会活着看到它。

5. NASA发现新系外行星，其天上有三个太阳

这颗名为LTT 1445Ab的恒星围绕着一颗恒星运行，这颗恒星由三颗红矮星组成，构成了LTT 1445星系，距离地球22.5光年。尽管LTT 1445Ab的表面温度很高，但它在自然界中绝对是岩石状的，这使得它完全不适合我们所知道的生命存在。然而，研究人员仍然对这一发现感到兴奋——它的大气层使它成为一个完美的测试对象，帮助我们完善我们的远距离行星分析技术。
  
 LTT 1445Ab和三个红矮人
  
 “如果你站在那颗行星的表面，天空中有三个太阳，但其中两个非常遥远，看起来很小，”哈佛-史密森天体物理中心的天文学家、论文的第一作者詹妮弗·温特斯(Jennifer Winters)告诉《新科学家》(New Scientist)。
  
 “它们就像天空中两只不祥的红眼睛。”
  
 多星系统中的恒星在引力作用下都围绕着一个共同的重心旋转，它们都围绕这个重心旋转。LTT 1445是三颗这样的恒星的家园。这颗新的系外行星是由NASA的行星搜寻太空望远镜凌日系外行星勘测卫星(TESS)在这个系统中发现的。TESS的设计初衷是在系外行星从地球和母恒星之间经过时，通过探测行星在遮挡恒星部分光线时产生的轻微变暗，来发现系外行星。
  
 根据恒星变暗的程度，以及恒星在绕轨道运行的行星的引力作用下做出的微小、几乎难以察觉的运动(以LTT 1445Ab为例，这是用除TESS以外的其他望远镜测量的)，研究人员可以估算出行星的大小和质量。这颗新行星的体积大约是地球的1.35倍，但它的质量是地球的8.4倍，所以它的密度比我们的地球要大得多。
  
 从它的大小和质量来判断，这绝对是一颗岩石行星——像地球、金星或火星——而不是冰或气体巨星。不过，现在还不要拿出你的殖民装备。这颗行星离它的主恒星非常近，它的轨道只有5.36天。在这个距离，表面温度可能徘徊在428开尔文(155°C;研究报告的作者说:“温度是311华氏度。”
  
 虽然LTT 1445Ab短期内不会成为我们欢迎的家园，但对天文学家来说，它仍然是一颗令人兴奋的行星，因为它可能有大气层。岩石行星的大气层在其恒星前方运行，是我们用来在外星世界发现甲烷和二氧化碳等气体的探测工具的良好测试对象。这样一颗行星不仅会在恒星经过它的前方时使其光线变暗，而且根据大气的化学成分，它还会改变光线的性质。
  
 通过分析这种变化，研究人员可以估计出外星世界大气的化学成分。我们目前在这一领域的技术和诀窍仍然需要一些调整，其中LTT 1445Ab可以提供帮助。哈勃的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射升空，天文学家们已经列出了他们希望哈勃研究的目标清单。LTT 1445Ab可能是一个完美的候选者。
  
 推荐它担任这一角色的特性之一是它经常在它的恒星前面凌日，这意味着詹姆斯·韦伯太空望远镜可以在短时间内进行多次读数。这颗行星在天文学上也相对接近，这使得它更容易拍摄高质量的图像，而它的红矮星正好适合这种观测——亮度足以照亮大气层，但又不至于亮到肉眼难以看到。
  
 请注意，我们现在不知道LTT 1445Ab是否有大气层。但即使它没有，或者它的大气中没有生物特征，它也能告诉我们更多关于围绕红矮星运行的岩石行星的信息。
  
 这篇论文“天空中的三个红太阳:一个凌日的类地行星，在一个三米矮星系中以6.9秒的速度运行”已经提交给了《天文学杂志》，并可在预印服务器arXiv上找到。

6. 天文学家新发现了太阳系外的一颗行星

题目用词错误：“已知某一近地卫星绕地球运动的周期约为104小时”，应是“已知该行星的某一近地卫星绕地球运动的周期约为104小时”。（通常所说“近地”是地球的表面附近之意）
设该行星质量为M，半径是R，它的近地卫星周期是T，行星的密度是ρ
T＝104小时＝3.744*10^5 秒
则　GM m卫 / R^2＝m卫*（2π / T）^2 * R
得　M＝（2π / T）^2 * R^3 / G
而行星的体积是　V＝4πR^3 / 3
所以，行星的密度是　ρ＝M / V＝[ （2π / T）^2 * R^3 / G] / （4πR^3 / 3）
ρ＝3π / (G*T^2)＝3*3.14 / [ 6.67*10^(-11)*( 3.744*10^5)^2 ]＝1.008　千克 / 立方米 

注：地球的近地卫星的周期约为82分钟，不是104小时。

7. 天文学家新发现了太阳系外的一颗行星

GMm/R² = 4π²Rm/T²
M/R^3=4π^2/GT^2
ρ=3M/4πR³=3π/GT^2.
算出来是地球的密度是：B。
代入地球和行星的关系，可得答案：
行星的密度是：D。

8. 科学家发现了一颗极端的行星，该星球下的雨是岩石雨

我们太阳系边缘以外发现的最极端的行星中，有熔岩行星：炽热的世界如此之近环绕其主恒星，以至于某些地区可能是熔融熔岩海洋。根据麦吉尔大学、约克大学和印度科学教育学院的科学家的说法，至少一颗这样的系外行星的大气和天气周期非常特殊，该行星特征具有这样的特征：岩石被蒸发并形成岩石雨、时速超过5000公里的超音速风和100公里深的岩浆海洋。
     
 图注：在熔岩行星的照亮区域的中心，有一片熔融的岩石海洋，上面覆盖着一层岩石蒸气。 超音速的风吹向寒冷而无空气的行星的阴暗侧，凝结成岩石的雨雪，然后缓慢地流回岩浆海洋的最热区域。
  
 在《皇家天文学会月刊》上发表的一项研究中，科学家们使用计算机模拟来预测K2-141b的状况，K2-141b是地球大小的系外行星，表面、海洋和大气均由相同的成分组成：岩石。根据他们的分析预测，极端天气会随时间永久改变K2-141b的表面和大气。
     
 主要研究人员姜阮（Giang Nguyen）博士说：“这项研究是第一个对K2-141b上的天气状况做出预测的方法，这种预测可以通过数百个光年的詹姆斯·韦伯太空望远镜等下一代望远镜进行探测。” 姜阮（Giang Nguyen）博士是约克大学的学生，在麦吉尔大学教授尼古拉斯·科万（Nicolas Cowan）的指导下进行了这项研究。
     
 在分析系外行星的照明模式时，研究小组发现，约有三分之二的K2-141b面临永久日光，而不是我们习惯于在地球上照亮的半球。K2-141b属于岩石行星的一个子集，其轨道非常靠近恒星。这种邻近关系将系外行星的引力保持在适当的位置，这意味着同一侧始终面向恒星。
  
 夜晚的寒冷温度低于-200摄氏度。系外行星的白天温度约为3000摄氏度，温度很高，不仅可以融化岩石，还可以使岩石蒸发，最终在某些区域形成稀薄的大气层。麦吉尔大学地球与行星科学系教授尼古拉斯·科万（Nicolas Cowan）表示：“我们的发现可能意味着大气层延伸至岩浆海洋的边缘以外，从而更容易用太空望远镜发现。”
     
 值得注意的是，极端高温产生的岩石蒸汽大气会经历降水。就像地球上的水循环一样，水蒸发，上升到大气中，凝结，像雨一样回落，K2-141b上的钠、一氧化硅和二氧化硅也一样。在地球上，雨水流回海洋，在那里它将再次蒸发，水循环重复。在K2-141b上，蒸发的岩石形成的矿物蒸汽被超音速的风和岩石"雨"冲回岩浆海洋，吹到寒冷的夜晚。由此产生的熔岩流流回外行星的热天侧，在那里岩石再次蒸发。
     
 科学家们说，K2-141b上的循环仍然不如地球上的循环稳定。岩浆海洋到白昼的回流很慢，因此，他们预测矿物成分会随着时间而变化，最终会改变K2-141b的表面和大气。
  
 地球与行星科学系的科恩教授说：“包括地球在内的所有岩石行星都是从熔化的世界开始的，然后迅速冷却并凝固。在行星演化的这个阶段，熔岩行星让我们难得一见。”
     
 科学家们说，下一步将是测试这些预测是否正确。研究小组现在已经从Spitzer太空望远镜获得了数据，这应该使他们对系外行星的白天和夜晚温度有一个初步的了解。随着詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜于2021年发射升空，他们还将能够验证大气层的行为是否符合预期。