0.04 克 / 立方厘米。
這是一個密度數字,它到底有多離譜?作為對比:水的密度是 1 克 / 立方厘米,地球是 5.5,木星是 1.33。而棉花糖,那種在游樂園機器里飛旋出來的糖絲團,密度大約在 0.05 上下。也就是說,0.04 這個數字,意味著有東西比棉花糖還輕。
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現在,請你想象一顆木星那么大的東西,渾身就是 0.04。
天文學家最近就發現了這樣的怪家伙,而且一次就是兩顆。它們被命名為 TOI?791 b 和 TOI?791 c,繞著同一顆恒星轉,地理位置在南天飛魚座方向約 1110 光年外。不夸張地說,這兩顆行星幾乎重新定義了“行星”這個詞的下限。
先說一個最扎眼的事實:它們是“超級蓬松球”
天文學界給這類星球起了個昵稱叫“super puffs”——超級蓬松星。名字可愛,實物更離譜。TOI?791 b 和 TOI?791 c 個頭都跟木星差不多,一個直徑接近木星,另一個也差不多。但如果你把它們的質量和體積放在一起算,就會得到一個令人發笑的密度:每立方厘米僅僅 0.04 克。這比木星低了大約 30 倍,比地球上你能找到的任何固體都輕得多。什么概念呢?用生活語言翻譯一下:如果有一個足夠大的浴缸盛滿水,木星會沉下去,而這兩顆行星大概會直接浮在水面上——準確地說,它們都不算浮,因為本身更像是行星形狀的云,你甚至沒法劃出它們的“表面”。
說它們是云一點都不為過。研究人員自己也承認,這倆由極其稀薄的氣體構成,與其說像一顆行星,不如說像一團被引力勉強收攏的巨型氣團。你會好奇,這樣的東西也能被稱作行星?答案是可以,因為它確實繞著恒星轉,也足夠大,只是輕得過分。
再講一個更怪的事:它們是兄弟,還在跳引力探戈
如果只有單獨一顆超輕行星,或許還能用巧合解釋,但這倆偏偏在同一顆恒星周圍,幾乎同一時間誕生,來自同一片氣體塵埃盤。它們的軌道還玩起了精密配合——內側行星每轉 5 圈,外側行星剛好轉完 3 圈,仿佛踩著節拍,半步不亂。天文學家管這種節奏叫軌道共振,恰好 5:3。
這種共振不是擺在那里好看的,它給了科學家一把“稱重”的鑰匙。兩顆行星在繞行過程中,彼此會輕輕拉動對方,就像兩個人在轉圈跳舞時互相扯一下袖子。這種引力互動會導致它們每一次從恒星前方經過的時刻微微提前或推遲,時差最多不過幾分鐘甚至幾秒鐘,但足以讓兩個家伙的體重不打自招。
通常給行星稱重不是件容易事,尤其是這個密度級別。傳統的徑向速度法(看恒星因行星引力而搖晃)到了這么輕的行星身上基本失聲,因為信號太弱。而這兩顆靠著“互相拆臺”的方式提供了質量信息,配合凌星法測出的個頭,才最終得到那個讓人跌破眼鏡的密度。
發現過程本身帶著“民間科學家”的影子
最先注意到它們不是某個大型專業團隊,而是一群志愿者。NASA 的 TESS 巡天望遠鏡在掃視那片天區時,恒星每被行星遮擋一次,微小的亮度下降就會被記錄在數據里。這些數據被放到“行星獵人”公民科學平臺上,供全球志愿者認領分析。就是這些眼尖的普通網友,發現了 TOI?791 恒星周期性地閃爍,標記出了兩個潛在的凌星信號。隨后專業天文學家跟進,確認了這對奇葩的存在。
這事聽著有點浪漫:一群白天上著班、晚上刷刷數據的普通人,幫著找到了一種連教科書都還沒寫進去的行星類型。而如果沒有他們的標記,這對蓬松兄弟可能還要在數據海里再漂上幾年。
為了看它們一次完整的“亮相”,天文學家動用了南極
關于這兩顆行星還有一個隱藏成就:它們促成了地面觀測史上最長的單次凌星記錄。這兩顆行星距離恒星相對較遠,從地球視角看過去,它們每次橫穿恒星面前都會花上超過 11 個小時——對絕大多數夜晚來說,這太長了。普通天文臺一個冬夜也就七八個小時,根本裝不下一次完整凌星,天亮太陽一出來就得中斷。
于是,研究團隊找了個沒太陽的地方:南極康考迪亞研究站。這里每年會進入極夜,連續幾個月太陽都在地平線之下,天空始終烏黑一片。望遠鏡支在那兒,可以一口氣盯十幾個小時不眨眼,把一次完整的凌星從頭看到尾。這么一來,科學家第一次在地面上無間斷地記錄了如此之長的凌星過程,實打實地把行星大小和軌道數據夯實了一遍。
這種觀測辦法聽起來有點極端的浪漫:為了看清兩團比棉花糖還輕的云的影子,不遠萬里跑到地球上最冷最黑的地方去等一個沒有日出的晚上。
但它們到底怎么長成這樣的,至今還是個謎
行星形成模型在面對 0.04 這個數字時基本集體沉默。按現有理論,這么大的行星要么先形成致密巖石核心再吸積氣體,要么在氣體盤中直接塌縮,可無論哪種路數,都不該搞出膨脹到棉花糖級別的成品。有人猜測它們可能正處在快速蒸發階段,外層大氣被恒星風使勁往外吹,就像一顆正在漏氣的氣球,暫時撐出一團龐大而稀薄的輪廓。也有人懷疑極端的軌道遷移或者碰撞史留下了痕跡。目前只能推測,這對蓬松兄弟或許正處于短暫的“青春期”,而我們恰好撞見了它們一生中最夸張的時刻。至于真相如何,還需要更多數據和更敢想的腦袋來揭曉。
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