天文学家发现迄今最热行星 比大多数恒星还要热

这幅概念图描绘的是行星KELT-9b环绕其母恒星KELT-9运行的情景。KELT-9b是迄今为止发现的最热气态巨行星。

Credits: NASA/JPL-Caltech

天文学家新发现一颗太阳系外类木行星KELT-9b，其表面温度极高，并且一直被其母恒星烘烤着，行星上的物质也在不断蒸发着。

KELT-9b是目前人类发现的最热行星，其白昼侧的表面温度超过7，800华氏度，4，600开尔文（约4，326摄氏度），比绝大多数的恒星都热。然而，它的母恒星KELT-9，一颗蓝色的A类恒星，比它热得多。事实上，未来KELT-9b极有可能因无法承受来自母恒星的高温烘烤而最终蒸发瓦解掉。

来自美国俄亥俄州立大学的天文学教授Scott Gaudi表示：“这是迄今为止发现的最热气态巨行星。”Gaudi领导了这项研究，当时他还在NASA喷气推进实验室（NASA's Jet Propulsion Laboratory）工作并处于休假状态。这颗不寻常的行星被刊登在了《自然》杂志上，同时，上个月举行的美国天文学会夏季会议也正式公布了这一发现。

KELT-9b的质量是木星的2.8倍，但是其密度仅为木星的一半。科学家原本预期的这颗行星的半径要更小一些，然而由于受到来自母恒星极端辐射的影响，这颗行星的大气一直在不断向外膨胀，就像气球一样。

由于KELT-9b被其母恒星潮汐锁定了——就像月球被地球锁定了一样——它永远只有一个半球（昼半球）朝向它的母恒星，而另一个半球则永远是黑夜（夜半球）。而由于受到过量紫外线辐射的冲击，诸如水、二氧化碳或者甲烷等分子无法在其昼半球合成。夜半球的特性目前仍然神秘莫测——分子也许能够合成，但也只是暂时的。

Gaudi说：“从质量上看，KELT-9b是一颗典型意义上的行星，但是由于其昼半球的极端高温，这颗行星的大气构成是特别的，是我们闻所未闻，见所未见的。”

KELT-9这颗恒星目前仅为3亿岁，是一颗非常年轻的恒星。它的体积和温度约为太阳的两倍。由于受到母恒星KELT-9过强紫外辐射的冲击，KELT-9b的大气受热而不断地发生爆炸，它甚至可能像彗星一样拖着一条发光的携带着大量蒸发的行星物质的“尾巴”。

美国范德堡大学物理学和天文学教授，同时也是该研究项目负责人之一的Keivan Stassun认为：“KELT-9散发着强烈的紫外辐射，以至于它有可能把KELT-9b蒸发殆尽。”

但这种情况成立的前提是，KELT-9还没有膨胀到足以吞没掉KELT-9b。

Stassun说：“KELT-9会在几亿年内逐渐膨胀成为一颗红巨星。因此，长远来看，想在KELT-9b上生存或置业基本上是不可能的事。”

行星KELT-9b的诡异之处还在于它的运行轨道垂直于其母恒星的自转方向。这意味着，如果把它放在太阳系里，其运行轨道就会垂直于太阳系行星的轨道平面。以地球日来计算的话，KELT-9b上的一年还不到两天。

无论如何，KELT-9b都不是一个宜居的星球。但Gaudi认为，研究此类极度不适宜生存的行星还是有意义的。

Gaudi表示：“根据新近的探索任务——包括MEarth搜寻环绕红矮星行星计划；围绕比邻星运转的类地行星比邻星b；还有对TRAPPIST-1的“地外行星系统”的发现所强调的，天文学界正把目光明确地投向环绕着如太阳般‘小’且‘冷’的恒星运行的类地行星上。明确了目标以后，就比较好操作了。通常来说，这类潜在的宜居星球都环绕着质量比较小的恒星运行。另外，由于KELT-9b的母恒星比太阳要大且热得多，这也给我们提供了一个机会和试金石，从而使我们了解到行星系统是如何诞生于炽热且质量巨大的恒星周围的。”

天文学家是通过两台KELT望远镜（Kilodegree Extremely Little Telescope，千度极端小型望远镜）中的一台发现KELT-9b的。2016年的五月底和六月初，天文学家利用位于美国亚利桑那州维尼尔天文台的KELT北天望远镜（KELT-North Telescope）发现这颗恒星的亮度发生了微弱的变暗——只变暗了0.5%——这表明当时可能有一颗行星正从恒星的前方经过。这种亮度变暗现象平均每1.5天发生一次，这意味着这颗行星每环绕其母恒星一周用时1.5天。

后续观测证实，这一现象确由一颗行星引起，而这颗行星正是天文学家口中所说的“热木星”——KELT望远镜正是为搜寻“热木星”而生。

两台KELT望远镜（分别位于南、北半球）由美国理海大学和范德堡大学的天文学家共同管理和操作。借助KELT望远镜，科学家们填补了发现系外行星的技术空白。其他望远镜负责以极高分辨率在极小的天区中搜寻暗星。而KELT望远镜则与之相反，以较低分辨率监测大片天区里无数明亮的恒星。

理海大学天文学家兼物理学助理教授，同时也是KELT望远镜建造者Joshua Pepper表示：“这一发现证实了小型望远镜不可小觑的力量，也证明了民间科学家为前沿科学研究作出直接贡献的能力。”

天文学家希望使用其他望远镜更仔细更近距离地观测KELT-9b——包括使用NASA史匹哲太空望远镜（Spitzer Space Telescope），哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope），以及计划于2018年发射升空的詹姆斯•韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）。利用哈勃太空望远镜，天文学家能够分辨KELT-9b是否真的拥有“彗尾”，同时测定这颗行星还能在这地狱一般的环境下生存多久。

曾在NASA艾姆斯研究中心（NASA Ames Research Center）进行该项目研究的论文联合作者Knicole Colon说：“得益于这颗行星如恒星一般的高温，我们得以从这个不寻常的行星上观测到它在凌星和掩星阶段，从紫外线波段到红外线波段所有波长下的情况。这项观测让我们有机会对一颗太阳系外行星的大气有一个全面的认识。”

这项研究是由美国国家科学基金会（National Science Foundation ，NSF）通过NSF CAREER Grant，NSF PAARE Grant和NSF研究生助研奖学金（NSF Graduate Research Fellowship）赞助的。其他的经费支持来自于NASA喷气推进实验室（NASA Jet Propulsion Laboratory），NASA太阳系外行星探索计划（NASA Exoplanet Exploration Program）；哈佛大学未来教职领袖博士后奖学金（Harvard Future Faculty Leaders Postdoctoral Fellowship）;天文研究基金西奥多•邓纳姆（Theodore Dunham, Jr）专项拨款；和日本学术振兴会（Japan Society for the Promotion of Science）。