要說「奇異」就屬它了，帶尾巴的、刮大風的都不算什麼

有哪些奇異（有趣）的系外行星？

知乎用戶

前面有人回答了帶有尾巴的、刮大風的、類似地球的、帶有塵埃盤的、圍繞兩顆恆星的，但都算不上「奇異」。其中有一些行星在剛被發現的時候，某一方面的特性是以前從未有過的。但是隨著系外行星發現的數目越來越多，更多類似的行星被接二連三的找到了，也就算不上「奇異」了。例如，1995 年發現的飛馬座 51-b，起初人們難以理解居然有比水星的距離還近、但是質量卻達到木星級別的行星。後來我們知道這樣的「熱木星」其實是普遍存在的，飛馬座 51-b 只不過是最早發現的一顆而已。類似的情況也適用於 HD209458b、Kepler-16b 等。

那麼什麼才算真正的「奇異」呢？我認為，只有目前為止只發現了一顆具有某種特徵的行星，才能算得上「奇異」。下面就來說一個獨一無二的系外行星。

前一陣子的水星凌日相信不少愛好者通過望遠鏡都看了。當水星在太陽的圓盤面前方通過時是這個樣子的（取自維基百科）：

途中紅箭頭指的黑點就是水星。水星凌日發生的頻率大約是每一百年 13 次。

同樣的，金星也會凌日，但是幾率比水星小得多，大概每一百年會發生「一組」，一組兩次，之間相隔 8 年。上一「組」發生在 2004 年和 2012 年。

2004 年的金星凌日，取自維基百科

接下來問題來了：

在地球上第我們能不能觀察到金星和水星同時凌日呢？我查了一下維基百科，金星和水星凌日同時出現是有可能的。上一次發生在公元前 373173 年，那時的人類還處於舊石器時代，而下一次發生在公元 69163 年，真正的 40 萬年一遇。別說在座的各位，就是千年修行的白素貞都沒機會見到了。

接下來問題又來了：會不會在金星和水星同時凌日的時候，金星和水星彼此發生了相互遮擋呢？反正我是沒有查到這方面的資料，但是想想看就覺得這種可能性一定是比金星和水星同時凌日還要小很多很多……

但是，天文學家們研究過的一個系外行星系統里就發生了這種現象。

這個系外行星的主星名為 KIC 6462863，比太陽略熱、略大，質量是太陽的 1.6 倍，是開普勒望遠鏡的目標星之一。2010 年開普勒望遠鏡公布的第一批行星候選體列表裡就有它，編號為 KOI-94。後來的進一步觀測確認了它的周圍有四顆行星（b、c、d、e），這個行星系統被正式命名為 Kepler-89。

Kepler-89 系統中四顆行星的相對大小，從左到右按照距離恆星從近到遠的順序。取自文獻 [2]

2012 年，日本東京大學的平野照幸（Teruyuki Hirano）首先注意到，開普勒望遠鏡觀測的 Kepler-89 的一次凌星曲線里出現了一個特別的現象：

（取自文獻 [1]）

關於「正常」的凌星曲線應該是什麼樣子的，可以參考我的另一個回答：可能發現了一個戴森球是怎麼回事？ - 知乎用戶的回答。這條曲線的兩側有兩個很小的「肩」，中間是一次比較大的下降，這是典型的兩顆行星同時凌星，因為兩顆行星的運動速度不同、大小也不同，兩條凌星曲線疊加在一起後就會出現這種形狀。

說到這裡，還是沒有什麼特別的地方，因為兩顆行星的凌星疊加在一起不是第一次發現，不能算是「奇異」。

但是怪就怪在曲線的底部中央出現了一個很小的鼓包。

我們回到凌星的原理上。行星在發生凌星時從恆星圓面上通過，擋住了一部分光，所以觀測到的總亮度會下降。那麼不難想到，如果在曲線的底部有上升，很大可能是行星擋住了圓面上另一塊比較暗的區域（比如黑子），這樣圓面上黑暗區域的總面積就變小了。開普勒望遠鏡也找到了不少這樣的例子。但是對於 Kepler-89 來說，一方面，黑子不足以造成如此大幅度的上升，另一方面，為什麼亮度上升恰好出現在了兩顆行星同時凌星的時候，而在每一顆行星單獨凌星的時候卻沒有呢？真正原因是：d、e 兩顆行星在同時凌星的時候，外側的 e 行星把內側的 d 行星的一小角給擋住了。如圖所示：

其中 KOI-94.01 也就是上上圖中的 d 行星，個頭最大的那個。KOI-94.03 是 e。取自文獻 [1]

這種現象稱為「行星—行星掩食」（planet-planet eclipse，縮寫為 PPE）。Kepler-89 是發現的第一個，也是目前為止唯一一個擁有 PPE 的系外行星系統。這種行星—行星掩食的現象為天文學家提供了一個難得的機會，可以計算出兩條凌星軌跡之間的夾角（上圖中的 δ），這個角度就是兩個行星軌道平面之間的夾角的下限。計算結果為：δ = ?1.15 ± 0.55 度。因此，d 和 e 行星的軌道平面之間的夾角不可能小於 1.15 度。

2013 年，平野照幸和他的同事們又進一步計算出，Kepler-89 的下一次行星—行星掩食將發生在 2026 年 4 月 1 日。如果那天我們用望遠鏡對準這顆恆星，將會得到如下的亮度曲線：

取自文獻 [3]。其中不同顏色代表用不同的參數（如行星質量）計算出的。這一次「鼓包」將出現在底部的右側，也就是 d 行星即將從恆星圓面上走出去的時候。有趣的是，實際觀測到的亮度曲線可以幫助我們得到 d 行星的質量。

參考文獻：

[1] Hirano et al., 2012, ApJ, 759, L36 Planet-Planet Eclipse and the Rossiter-McLaughlin Effect of a Multiple Transitin

[2] Masuda et al., 2013, ApJ, 778, 185 Characterization of the KOI-94 System with Transit Timing Variation Analysis: Im

[3] Masuda et al., 2014, ApJ, 793, 67 Erratum: "Characterization of the KOI-94 System with Transit Timing Variation An