發現像土星一樣擁有光環的岩態系外行星

來自專欄博科園

一項新的研究發現，天文學家可能在不知不覺中發現了帶有光環的岩態行星，他們把這些行星誤認為是其他類型的行星。光環圍繞著整個太陽系的氣體巨行星，最著名的是環繞土星，但也環繞木星、海王星和天王星。相比之下，太陽系的岩態行星目前都缺乏光環。加州帕薩迪納市卡內基科學研究所(Carnegie Institution For Science)天文台的天體物理學家安東尼·皮羅(Anthony Piro)說：然而，岩態行星可以有環，例如火星的「月亮火衛一」可能曾經在紅色行星周圍形成了光環。

帶環的岩態行星可能比以前認為的更普遍。圖片：Made using Celestia, copyright (C) 2001-2010, Celestia Development Team

隨著時間的推移，月球越來越靠近火星，火衛一可能會再次被撕裂成環形——在大約5000萬年的時間裡。天文學家們可以通過尋找一些微妙的影響來尋找環繞在遙遠恆星周圍的岩石行星上的環，因為這些行星的光環會隨著行星從地球的角度從他們的恆星前面經過而產生。這樣的光環可以讓這些世界看起來比實際更寬。這就是為什麼天文學家們可能會把這些環狀行星誤認為是另一種類型的世界。科學家們已經研究了圍繞太陽系外行星的行星環的想法，而這些行星就像太陽系中的大行星一樣，但是圍繞更多類地行星的岩石環的想法卻受到了較少的關注。

Piro計算出，當行星在恆星面前經過時，天文學家們可能會發現帶環的岩石系外行星。多岩石的環狀世界可能看起來像所謂的亞海王星行星，這是一種地球上未見過的太陽系。亞海王星的直徑是地球的1.6倍，但比海王星要小，大約是地球直徑的3.9倍。到目前為止發現的大多數亞海王星都有較低的密度，這表明它們並不完全是岩石，而且科學家們認為這些行星有膨脹的氣態大氣，富含氫和氦。然而Piro認為一些看起來像亞海王星的行星實際上可能是帶環的岩石行星，因此它們的密度似乎很低，因為它們的表面和它們的環之間有巨大的空隙。

鑒於岩石系外行星的直徑和密度都差不多，Piro計算出了大約100倍的火衛一團或5%的土星環的質量，大約有10億年或更長的時間，這意味著天文學家可以實際地探測到環狀岩石行星。Piro估計，環繞地球大小的岩石行星可能看起來像直徑兩到三倍於地球的行星，這和天文學家最近發現的亞海王星不一樣。科學家們目前認定的「亞海王星」的所有世界實際上都是帶光環的岩石行星。相反，天文學家迄今探測到的亞海王星群可能是發現環狀岩石行星的良好開端。一種觀察系外行星是亞海王星還是一個帶環的岩石世界的方法是，當世界在它的恆星前面經過時，觀察它的光在地球上閃耀。當光線通過外行星周圍的大氣層泄漏時，可以看到一些跡象表明大氣是由什麼構成的。

被稱為gj1214 b或Gliese 1214 b的系外行星發出的光譜表明，這個世界可能有環。但另一種解釋是，它只是非常非常多雲，如果它有大量的水，就會發生這種情況。在另一種觀測系外行星是否有光環的方法中，科學家們可以在行星開始並在其恆星前經過時，在光線中尋找輕微的異常現象。科學家們已經為一些更大的系外行星做了這方面的研究，它們更像是木星的大小，但對於亞海王星來說卻沒有那麼多。未來幾代望遠鏡——如計劃於2020年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡或在智利建造的巨型麥哲倫望遠鏡——可能會更好地探測到圍繞岩石系外行星的光環。環繞、多岩石的系外行星真的像是科幻小說里的東西，就像星球大戰的星球一樣，似乎是很酷的地方。

博科園-科學科普｜文：Charles Q. Choi/Space