茫茫宇宙中，大多數(shù)行星系統(tǒng)都像“豌豆莢”里的豌豆一樣整齊排列。但天文學(xué)家剛剛發(fā)現(xiàn)的一個(gè)名為TOI-201的系統(tǒng)，卻徹底打破了這一常規(guī)。

借助NASA的系外行星獵手,凌日系外行星巡天衛(wèi)星（TESS），以及部署在南極高原的“南極系外行星巡天望遠(yuǎn)鏡（ASTEP）”，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極其罕見且獨(dú)特的行星系統(tǒng)。

這個(gè)系統(tǒng)圍繞一顆名為TOI-201的恒星運(yùn)轉(zhuǎn)，距離地球約370光年。最令人震驚的是：其中行星的軌道變化速度快到科學(xué)家可以用肉眼實(shí)時(shí)看到,這在行星演化史上幾乎聞所未聞。

01

一個(gè)“三不像”的行星家族

TOI-201這顆恒星的質(zhì)量和直徑都是太陽(yáng)的1.3倍。圍繞它旋轉(zhuǎn)的行星家庭成員風(fēng)格迥異：

一顆巖石質(zhì)“超級(jí)地球”：質(zhì)量是地球的6倍，一年只相當(dāng)于地球上的5.8天。

一顆氣態(tài)巨行星（TOI-201b）：質(zhì)量約為木星的一半，公轉(zhuǎn)周期53天。

另一顆氣態(tài)巨行星：質(zhì)量高達(dá)木星的16倍，公轉(zhuǎn)周期約7.9年（2883天）。

研究團(tuán)隊(duì)成員、英國(guó)伯明翰大學(xué)的Amaury Triaud 表示：“大多數(shù)行星系統(tǒng)都像‘豌豆莢里的豌豆’各行星參數(shù)相近，軌道平面也基本一致。但TOI-201系統(tǒng)完全不是這樣。這里的三個(gè)天體彼此截然不同，而且相互之間存在強(qiáng)烈的引力拉扯。”

02

實(shí)時(shí)上演的“軌道變形記”

行星軌道發(fā)生變化并不稀奇，通常這些變化發(fā)生在數(shù)百萬(wàn)年甚至數(shù)十億年的時(shí)間尺度上。但TOI-201的特殊之處在于：它的外側(cè)行星軌道極度扁平（橢圓形）且傾斜，這顆巨大的行星就像一只引力大手，不斷拖拽內(nèi)側(cè)的行星。

這種拉扯導(dǎo)致內(nèi)側(cè)行星的軌道朝向發(fā)生變化，同時(shí)改變它們“凌日”的時(shí)間,也就是行星從恒星面前經(jīng)過(guò)的時(shí)刻。情況極端到什么程度？大約200年后，這些行星將完全無(wú)法從恒星面前整齊經(jīng)過(guò)，屆時(shí)天文學(xué)家將再也觀測(cè)不到它們的凌日現(xiàn)象。

“在太陽(yáng)系中，幾乎所有行星都是共面的。但在TOI-201這里，情況完全不同，每顆行星都不一樣。”法國(guó)蔚藍(lán)海岸天文臺(tái)的天文學(xué)家Tristan Guillot說(shuō)道，“這表明該系統(tǒng)中發(fā)生過(guò)活躍的軌道重組。它讓我們得以一窺行星形成后不久發(fā)生的劇烈變化。”

03

南極望遠(yuǎn)鏡立下大功

有趣的是，這一發(fā)現(xiàn)的功臣之一正是設(shè)立在南極的ASTEP望遠(yuǎn)鏡。它位于南極洲康科迪亞站，坐落在深達(dá)3.2公里的冰川之上，充分利用極地漫長(zhǎng)的黑夜來(lái)觀測(cè)其他行星系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、新墨西哥大學(xué)博士生Ismael Mireles 解釋道：“我們的目標(biāo)是描述TOI-201這個(gè)行星系統(tǒng)的特征，不僅要弄清那里有哪些行星，還要理解它們之間如何動(dòng)態(tài)地相互作用。這有助于科學(xué)家理解像我們太陽(yáng)系這樣的行星系統(tǒng)是如何形成并隨時(shí)間演化的。”

當(dāng)全球各地的望遠(yuǎn)鏡都探測(cè)到那顆外側(cè)行星的引力在拖拽TOI-201時(shí)，TESS恰好捕捉到了它一次罕見的凌日。隨后天文學(xué)家注意到，TOI-201b的凌日出現(xiàn)了延遲。

Triaud回憶道：“通常來(lái)說(shuō)，行星凌日就像節(jié)拍器一樣精確，每一次凌日都嚴(yán)格間隔一個(gè)軌道周期。但我們跟蹤TOI-201b時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)它凌日的時(shí)間晚了大約半個(gè)小時(shí)。這種突然的跳變非常令人驚訝。全球其他天文學(xué)家也注意到了類似的詭異信號(hào)。通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，我們最終開始理解這個(gè)系統(tǒng)。”

他特別強(qiáng)調(diào)：“南極的望遠(yuǎn)鏡是這次發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。雖然后勤非常困難，但那里獨(dú)特的地理位置和最優(yōu)越的天文觀測(cè)條件，對(duì)于研究像TOI-201這樣長(zhǎng)軌道周期的系外行星系統(tǒng)至關(guān)重要。”

04

研究已發(fā)表在《科學(xué)》雜志

這一重大發(fā)現(xiàn)已于4月15日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）上。

TOI-201系統(tǒng)的存在提醒我們：宇宙遠(yuǎn)比我們想象的更豐富、更狂野。也許就在此刻，那個(gè)遙遠(yuǎn)星系里的行星們，正在上演一場(chǎng)引力拉扯的“舞蹈”，而人類恰好幸運(yùn)地看到了它的開場(chǎng)。

參考

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef2618

[2]https://www.space.com/astronomy/exoplanets/nasas-tess-spacecraft-discovers-a-weird-system-of-exoplanets-unlike-anything-seen-before