第一顆變形的行星,因恒星引力太強,行星形狀變成了「橄欖球」

球體是宇宙的首選形狀,但有時不尋常的情況會導致與太空中經過驗證的真實球體發生偏差。發表在《天文學與天體物理學》雜志上的一項報告稱:歐洲航天局 (ESA) 發現了一顆系外行星,它的軌道距離恒星非常近,以至于它已經變形為橢圓形而不是球體。換句話說,恒星的潮汐力是如此強大,以至于行星形狀變成了一個「橄欖球」。

潮汐力太強,行星變形!

這是天文學家第一次探測到系外行星的變形,證明了恒星對近軌道行星的引力影響的理論。這顆行星被稱為 WASP-103b,于2014年被發現,距離地球約1530光年,它在大力神座(Hercules)中圍繞其主星 WASP-103 運行。WASP-103 的溫度大約比我們的太陽高200度,大 1.7 倍。

地球的海洋會出現潮汐現象,主要是由于月球在繞我們運行時略微拉扯著我們的星球。太陽對潮汐也有微小且重要的影響,但它離地球太遠,不會導致地球發生重大變形。但WASP-103b 的情況并非如此,它是一顆大小幾乎是木星兩倍、質量是其 1.5 倍的行星,在不到一天的時間內繞其主星運行。天文學家懷疑如此接近會導致巨大的潮汐,但直到現在他們還無法測量它們。

葡萄牙波爾圖大學天體物理學家蘇珊娜·巴羅斯 (Susana Barros) 團隊使用來自 ESA 的 Cheops 太空望遠鏡的新數據,結合 NASA/ESA 哈勃太空望遠鏡和 NASA 的斯皮策太空望遠鏡已經獲得的數據,分析其光變曲線后發現這顆行星的內部結構看起來與木星相似,盡管它的半徑是木星的兩倍,即所謂的「熱木星」。他們還確定WASP-103b 離它的恒星足夠近,以至于潮汐力使WASP-103b的形狀不是我們常知的球體,而是變成了「橄欖球」的形狀。

根據WASP-103b的光變曲線,團隊來推導出一個參數--勒夫數(地球在起潮力作用下的彈性形變而引入的無量綱參數)--來衡量質量在行星內的分布情況。

巴羅斯表示:「材料對變形的抵抗力取決于其成分。例如,在地球上,由于月球和太陽,我們有潮汐,但我們只能看到海洋中的潮汐。巖石部分不會移動那麼多。通過測量地球的變形程度,我們可以知道有多少其中有巖石、氣體或水。」

但勒夫數的不確定性仍然很高,未來需要用 Cheops 和詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (Webb)進行觀測才能破譯細節。韋伯極高的精度將改善系外行星潮汐變形的測量,從而更好地比較這些所謂的「熱木星」和太陽系中的巨行星。

神秘運動令行星遠離恒星!

其實這不是天文學家第一次觀察到軌道周期非常短的行星。2021年12月,德國 DLR 行星研究所領導的一個國際天文學家團隊在距離地球大約 30 光年處發現了一顆 80% 由鐵組成的新系外行星「GJ 367b」。因為它的軌道離它的恒星(紅矮星)非常近,以至于它的表面很可能是一片鐵水海。事實上,距離如此之近,以至于這顆行星的一年只持續不到8小時。

但奇怪的是,團隊對比過往的觀測數據,發現WASP-103b的軌道周期可能正在增加。換句話來說,這顆行星正在緩慢地遠離恒星。

根據我們已知的宇宙學知識,恒星與非常接近的木星大小的行星之間的潮汐相互作用通常會導致行星的軌道周期縮短,使其逐漸靠近恒星,然后最終被恒星吞沒。簡單來說,存在潮汐力以外的其他因素影響著這顆行星的運動。但這些謎團需要詹姆斯韋伯太空望遠鏡進行更多觀測,才能獲得新的見解。


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