天文史上的今天 | 1600光年外，一顆系外行星的「月相」

來自專欄天文史上的今天

2009年5月28日，荷蘭萊頓大學的科學家在《自然》雜誌上發表論文，首次在可見光波段觀察到系外行星的相位變化。

月球的相位變化：月相

來源：http://lightcenterlove.com

「人有悲歡離合，月有陰晴圓缺」。一個月中的月相變化早已成為我們生活的一部分，融入我們的文化。但是除了月球之外，其他天體也會有相位的改變，比如金星相位的變化啟發400年前的義大利天文學家伽利略，讓他意識到地心說的謬誤，日心說的正確。

2009年5月28日，荷蘭萊頓大學的科學家在《自然》雜誌上發表論文，首次在可見光波段觀察到系外行星的相位變化。（微信公眾號：星空早知道）

金星的相位變化，也有「新月」到「滿月」的改變，這是地球-太陽-金星三者之間位置關係改變導致的。這一現象啟發了伽利略，證明了地心說的謬誤

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左圖：地心說理論框架下，金星將始終呈現單一的月相；右圖：日心說框架下，金星將可以呈現從「新月」到「滿月」的完整相位變化，這是支持日心說的強烈證據

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系外行星就是指位於太陽系之外，圍繞其他恆星運行的行星，這裡的「系外」指的就是「太陽系之外」。

在這項研究中科學家們觀測的目標是CoRoT-1b，這顆系外行星是法國在2006年發射，專門用於搜尋系外行星的「對流自轉與行星掩星」觀測衛星（CoRoT）升空後發現的第一個成果，其距離地球大約1600光年，位於麒麟座方向。

「對流自轉與行星掩星」觀測衛星（CoRoT）是法國在2006年發射的用於系外行星搜尋的太空望遠鏡

來源：ESA

CoRoT-1b屬於所謂「熱木星」。這類行星大小與木星相仿，但是非常靠近它們的母星，也就是它們圍繞運行的恆星，以CoRoT-1b為例，其圍繞恆星公轉的周期僅有36小時！一般情況下，科學家們認為「熱木星」應當是處於潮汐鎖定狀態的。（微信公眾號：星空早知道）

換句話說，它的一面應該固定朝向恆星，就像地球和月球之間的關係一樣，事實上，在太陽系中的絕大部分行星的衛星都處於潮汐鎖定狀態，唯一的不同只是在於：太陽系中更多是衛星與行星之間的潮汐鎖定，而熱木星則是行星與恆星之間的潮汐鎖定。

地球與月球之間的「潮汐鎖定」，簡單來說，月球永遠以同一面朝向地球

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這種差異的影響是十分深遠的。不同於我們的月球以及太陽系其他處於潮汐鎖定的衛星，由於它們是與行星處於潮汐鎖定，而不是提供光熱的太陽，因此它們的自轉會讓這些衛星全球各地都能夠照射到陽光。

但「熱木星」的情況不同，它們是處於與提供光熱的恆星之間潮汐鎖定，這樣的後果就是這些行星的一面永遠朝向它們的「太陽」，因而溫度極高，另一面則陷入永恆的黑夜，溫度極低。（微信公眾號：星空早知道）

正在工業承包商廠房內進行測試的「對流自轉與行星掩星」觀測衛星（CoRoT）

來源：ESA

當然，熱木星是否真的處於這種潮汐鎖定狀態？我們並不得而知，這只不過是理論上的推斷。但是，如果它們果真處於這種狀態下，果真擁有永恆的白天或者永恆的黑夜，那麼天文學家們認為它們在晝半球和夜半球應該會出現極為顯著的溫度差異。

而且，理論上，隨著行星相對於地球視線方向的運動，我們應該會看到不同的半球，也應該能夠看到不同的光照情況，也就是相位。

「熱木星」示意圖

來源：NASA

此前天文學家已經在紅外波段對不同明暗相位進行了觀測，而在2009年5月28日，天文學家們首次宣布他們在可見光波段進行了對一顆系外行星相位的觀測。

結果顯示，處於暗夜半球的行星CoRoT-1b陷入了完全的黑暗，而晝半球的溫度則非常明亮，溫度飆升到了大約2000攝氏度。正如這一研究的第一作者，荷蘭萊頓大學的伊格納斯·斯奈倫（Ignas Snellen）所指出的那樣：科學家們證實了這顆行星的晝夜半球之間的確存在巨大差異。

從亮度數據反演系外行星相位變化

來源：IAG Snellen, EJW de Mooij, S Albrecht - Nature, 2009 - http://nature.com

系外行星CoRoT-1b的相位變化示意圖

來源：http://space.com

這種效果非常類似從地球上看到其他天體的相位，比如月球圍繞地球公轉時，由於日地月三者位置的改變而出現的相位變化。

在5月28日發表在《自然》雜誌上的這篇文章里，還對這顆系外行星的大氣狀況進行了一些描述，其中顯示這顆行星的晝夜半球之間熱傳遞並不活躍。在另一顆開展過類似研究的系外行星上，兩個半球之間的溫差似乎沒有那麼大，顯示應該有氣流（也就是風）在傳遞和均衡兩個半球的氣溫，但在這個星球上，情況似乎有所不同。

金星的晝夜半球紅外波段合成圖。儘管自轉極慢，但擁有濃密大氣層的金星周夜半球的溫差並不大，這是由於大氣的強大緩衝作用的緣故。

來源：ESA

科學家懷疑CoRoT-1b的大氣中可能含有某種分子成分，其會在晝半球上空吸收恆星的熱量並直接釋放到太空中去，根本不會深入大氣內部，從而讓氣流運動有機會將熱量傳導到另一個半球去。

等到2020年新一代「詹姆斯·韋伯」望遠鏡升空，可以預期我們對於系外行星的大氣特徵和其他參數的了解，都將有一次巨大的躍升。

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編者按：

《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。

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