【系外行星之最】——那些令人恐惧的系外行星

“我们希望发现一个天堂，但却发现了许多地狱。”

就像是当年乐观的sol III土著认为金星上有热带雨林，火星生物开凿了运河一样；在一开始搜寻系外行星的时候，天文学家也将太阳系认为是行星系的“模板”。

但是相比第二个地球，更多的其他世界用地狱称呼，还是稍显仁慈了。这些外星世界的狂野超乎任何最有想象力的科幻作家想象。

其实，某种程度来说，我们那和平的太阳系才是怪胎。

红巨星时期生存指南：开普勒70b

正在蒸发的行星

母恒星光谱：sdB

半长轴：0.006AU

半径：0.759地球半径

质量：0.34地球质量

一颗行星能够有多热？一颗行星如何在被吞噬后幸存？

开普勒70b是一颗环绕B型次矮星开普勒70的类地行星。因为相当接近母恒星。开普勒70b的轨道周期只有5.76小时——属于周期最短的行星之列。

虽然是名义上的类地行星，因为过于接近母恒星导致其表面温度高达7662K！甚至超过了太阳的表面温度。这时，已经很难说这是一颗“类地行星”了……行星无疑正在蒸发。

另一颗同一个系统里行星开普勒70c的处境也好不到哪里去，距离母恒星仅仅比开普勒70b远了一点点，同样在被蒸发。

开普勒70b系统

在2011年，一种非常吸引人的解释说明了它们可能的经历：它们很可能曾是围绕一颗B1V恒星运行的类木行星。但在母恒星变成红巨星时，这两颗行星以螺旋状轨道逐渐接近母恒星。当这两颗行星非常接近母恒星时，它们除岩石核心外的其他外层都被蒸发；在母恒星于1840万年前脱离红巨星阶段成为B型次矮星后，这两颗行星便成为了现在的类地行星，并环绕着白矮星公转。[1]

没什么比这种诡异而绝处逢生的命运更吸引人的了。

从开普勒70b上看开普勒70

恒星还是行星？

星际过山车：HD 80606 b

蓝蓝的行星会有什么坏心思呢

母恒星光谱：G5V

半长轴：0.453AU

半径：0.921木星半径

质量：4.0木星质量

没有什么东西比一个太阳系级别的过山车更加刺激的了：HD 80606 b高达0.93的轨道离心率可以满足任何人的需求。

roller coaster！

在它上面，你会从0.876AU的远日点俯冲到0.0301AU的近日点，体会终极的过山车乐趣。

你可以体验到的游览项目包括且不限于：

A、令人印象深刻的光照变化：在远日点时其光照量和地球相当，但近日点时却是地球的800倍。

B：极致的日出体验：在近日点感受相当于Sol III上看到的30倍恒星大小。

C、难忘的升降温：接近近日点时，表面温度会在6小时以内从800 K上升至1500K！

D、前所未见的风暴：急剧的升温使得行星气候变化相当激烈。电脑模行预测该行星的急剧升温会产生每秒速度达3英里的超音速冲击波风暴[2]。

以上游览项目任君挑选，附赠一份全额人身保险——当然，似乎没有什么差评呢~

《论行星的加热和冷却》

HD 80606 b的天气模拟和震荡波一般的风暴

天空中的洞：开普勒1b

母恒星光谱：G0V

半长轴：0.035AU

半径：1.272木星半径

质量：1.199木星质量

黑，真的黑

一颗行星能够有多黑？

发现开普勒1b的时候，情况似乎还没有那么糟，直到它被开普勒望远镜的开光照片拍下，因此获得了开普勒1b这个编号。

开普勒任务对开普勒1b观测的首个重要结果就是，它的几何反照率极低。

2011年的研究[3]指出如果该行星的昼夜亮度对比是因为几何反照率造成，反照率值为2.53%；但模型的模拟则指出昼半球的辐射占了绝大多数总辐射量，因此真实反照率应远低于原先的推测。模型预测反照率小于1%，而最符合观测结果的值是0.04%。

这是什么意思呢？通俗点讲，就是反照率低于煤炭和黑色丙烯颜料，没错，比你桌上的颜料还黑。放到太空中，除了昼半球有因为温度过高而令人胆寒的泛红光斑——因为太黑它几乎吸收了全部接收到的能量——之外，我们什么都看不见，行星就像是在太空中挖出了一个洞。

这颗行星居然还有卡通形象，离谱：

触手可及：开普勒36b和c

母恒星光谱：G1IV

半长轴：0.1153AU和0.1283AU

半径：1.498和3.679地球半径

质量：3.83和7.13地球质量

这几乎是一起宇宙中的交通事故：两颗超级地球/迷你海王星被锁定在7：6的轨道共振里[4]，在地月距离的5倍左右上近距离会车。从内侧的行星上看去，较外侧的行星在每97天的冲时会大得惊人：比地球上看到的超级月亮还要大2.5倍。强大的引力足以在开普勒36b上引起剧烈的地质活动，撕裂它的地表。

更加有趣的是，开普勒36b的密度非常的高，非常可能是一颗因为距离母恒星过近的轨道而受到加热损失掉外层的热海王星。[5]

受热膨胀极限：开普勒51b

蓝莓味，柠檬味和草莓味，和木星差不多大

母恒星光谱：G

半长轴：0.2514AU

半径：7.1地球半径

质量：2.1地球质量

最轻柔的行星能够有多柔软？

开普勒51系统的三颗行星五彩斑斓，就像是三颗棉花糖一般。

它们也确实是棉花糖，非常年轻和来自母恒星的加热让它们极度鼓胀。哈勃太空望远镜上的第三代广域照相机 分别记录了开普勒51b和51d两颗行星的凌日。通过这些信息以及最新更新的恒星参数、重新分析的开普勒数据，科学家发现三个巨大行星的密度都非常低。

结果表明，在开普勒51系统中被研究的三颗行星的密度都低于0.1g/cm³，相当于棉花糖的密度，由此获得了超气胀行星的雅号。

接下来的研究显示，这三颗行星拥有纯净的氢氦大气层，其中开普勒51b的情况最为夸张，密度低到了0.03g/cm³，作为对比，就算是土星也有0.687g/cm³的密度。

甚至它们的密度在几亿年前会更加的低[6]：

0.01g/cm³的行星见过没

但是随着它们的演化以及逐步失去部分的大气层，最后在50亿年后稳定在正常，成熟的行星密度范围内——虽然基本上还是处于正常范围的下限。

恒星下岗再就业：小狮座YZ b

猎犬座AM型变星的想象图

母恒星光谱：DB

半长轴：0.0014AU

半径：0.47木星半径

质量：35木星质量

假如一颗恒星通过某种方式失去了质量，以至于太小而不能称之为一颗恒星呢？

小狮座YZ是一颗猎犬座AM型变星，一种双星系统中的类新星变星，伴星会因为超出洛希瓣被白矮星吸食物质。

说是双星，严格来说小狮座YZ的伴星却不是一颗恒星，而是一颗质量为35木星质量的亚恒星天体——轨道倾角高达82°，每28分钟就绕着已经增长到0.872太阳质量的白矮星一周[8]，虽然其质量远远不及，半径却还是比白矮星大一些。

这颗行星现在还陷在自己被扯出物质的吸积盘里面，意味着下岗了还要996……的贡献。

极寒之地：OGLE-2016-BLG-1195Lb

这个恒星太弱了……

母恒星光谱：？

半长轴：1.16AU

半径：？地球半径

质量：1.43地球质量

OGLE-2016-BLG-1195Lb是一颗距离地球约1.3万光年的太阳系外行星，母恒星为OGLE-2016-BLG-1195L。该行星于2017年由韩国天文研究院所属韩国微重力透镜望远镜网与斯皮策空间望远镜以微引力透镜方式发现。

OGLE-2016-BLG-1195Lb的质量与地球近似，并且与母恒星的距离与日地距离相当。但是非常不幸地，它绕转的恒星是一颗0.08太阳质量的超低温矮星[9]，这类恒星的温度也就是上面的开普勒70b温度的三分之一左右。因此导致其表面温度只有可怜的31K，实际上，这个温度下已经没有多少气体能够形成大气层了，因为全都冻成了固态。

在坟墓中粉身碎骨——WD 1145+017 b

母恒星光谱：DB

半长轴：0.005AU

半径：0.15地球半径

质量：0.0006678地球质量

太阳死了之后地球会发生什么？

这就是遥远未来的恐怖预演：一颗行星正在被白矮星蒸发。

WD 1145+017并不是什么神奇的东西。这颗白矮星的质量为0.6太阳质量，半径为1.4倍地球半径，表面温度15900K，是颗年龄1亿7500万年的典型白矮星，根据最近的研究和它的质量，这颗恒星在成为红巨星之前可能是一颗早期F型主序星。

虽然，这个系统不是一个开普勒感兴趣的目标，但它是在观测的视野中——结果发现白矮星有下列元素的强烈吸收谱线：镁、铝、硅、钙、铁和镍。这些通常在岩石行星中被发现的元素，是经由通过恒星的混合污染了恒星的表面，要经过100万年才会从视野中消失——组成行星的物质正落到恒星上。

接下来就是在碎片中发现了WD 1145+017 b，这颗可怜的天体轨道周期为4.5小时[11]， 位于会被母恒星撕裂的距离内，所以应该是这颗恒星成为白矮星之前的行星被撕裂留下的残骸[12]。白矮星的光变还显示，在WD 1145+017 b轨道上还有一些90km左右直径的碎片——这些碎片无疑告诉我们，之前这颗死亡的恒星是如何撕碎了自己的行星。

至于WD 1145+017 b本身，这个卫星大小的残骸正在被加热，在白矮星的辐射下蒸发，未来的1-2亿年内就会被彻底抹去。

灰烬中涅槃——PSR B1257+12 A

母恒星光谱：P

半长轴：0.19AU

半径：？

质量：0.02地球质量

每天接受恒星级高频率消杀服务的感受，PSR B1257+12 A以及其他两颗也环绕这脉冲星的行星都非常清楚。

PSR B1257+12 A是人类发现的第一批系外行星，原因其实很简单：它围绕一颗2300光年远处的毫秒脉冲星运行，脉冲星本身的周期非常精确，而行星的存在会干扰脉冲星的辐射产生异常——如此就可以侦测到非常小的天体。

在这颗行星上有以下好处：

1、重力比地球小，可以跳得很高；同时行星比较小不需要走远路。

2、260K的温度，不算很糟糕，还能欣赏如同探照灯一般的脉冲星。

3、每秒160次的消杀，让你细胞的每个染色体都沐浴在辐射中。

服务提供商提示：单程旅行，没有保险，后果自负。

更加有趣的事情，是这个系统的来源：脉冲星拥有行星实在是难以置信，因为超新星实在是太有毁灭性了，一个猜测是这些行星是在两颗白矮星碰撞引发的超新星后形成的[13]。

因此这颗行星获得了Draugr的名字——源于诺斯神话中的不死生物。

从行星上看巨型探照灯

单程旅行，没有保险

气胀行星：HAT-P-67 b

母恒星光谱：F

半长轴：0.065AU

半径：2.08木星半径

质量：0.34木星质量

最大的行星能有多大？并不是越重的行星就越大的。

一般来说引力较弱而且靠近恒星的巨行星是最好的候选者，一如HAT-P-67 b。这颗距离母星只有 0.065AU的行星在被加热到1903K的高温之后膨胀到了木星的2.08倍半径——可以横着排列23.4个地球，考虑到最小的恒星只有5倍地球半径大小，这实在是令人惊叹的体积。[14]

就是气温高了点。

这种因为高温而膨胀的巨行星有一个比较好的称呼“气胀行星”，比起“热土星”有趣一些。

极轨行星：COROT-4b

母恒星光谱：F8V

半长轴：0.06AU

半径：1.19木星半径

质量：0.72木星质量

对于一颗热木星来说，9天就是一年挺正常的，90°的轨道倾角[15]就不是很正常了。这几乎就是极轨卫星的行为，而且并不寻常。

接下来的问题是，是什么扰动让这颗行星出现在如此奇怪的轨道上？

最长的一年：COCONUTS-2b

母恒星光谱：M3

半长轴：7506AU[16]

半径：1.12木星半径

质量：6.3木星质量

有什么比孤独更可怕呢？

想象一个世界，那里太阳和不存在没什么区别，一年长达100万地球年……

没错，COCONUTS-2b可谓是所有有母恒星的行星中最孤独的，轨道半长轴有7506天文单位。在这个距离上M型恒星看起来和普通的恒星没什么两样，环绕恒星一周需要1101369.9年。作为对比，110万年之前人类还没有发展出文明。

这样的半长轴使得天文学家很容易就把它和暗弱的母星区分开来，用直接影像法发现它的存在。

参考

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

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

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

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

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

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

7、^褐矮星，太阳系外行星百科收录；真正的周期最短“行星”目前是Gaia14aae b

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

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

10、^本身质量太小不足以达到行星的标准，但是太阳系外行星百科已收录

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 . "A disintegrating minor planet transiting a white dwarf" . Nature . 526 : 546–549.

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

13、^ Podsiadlowski, P. . "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. . "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 : L43–L46

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