“地狱星球”怎样变得如此热：新测量揭示了行星 55 Cnc e 的轨道路径

新的研究揭示了“地狱星球”是怎样变得如此炎热，以及其他世界怎样变得太热而无法生存。 这个岩石世界，55 Cnc e（绰号“Janssen”），围绕它的恒星运行如此之近，以至于一年仅持续 18 小时，它的表面是一个巨大的熔岩海洋，它的内部可能充满了钻石。

新的见解归功于一种名为 EXPRES 的新工具，该工具捕获了詹森太阳发出的星光的超精确测量值，称为哥白尼或 55 Cnc。 当 Janssen 在地球和恒星之间移动时，光测量值会发生轻微的变化（这种效果类似于我们的月亮在日食期间挡住太阳）。

研究人员在 12 月 8 日的《自然天文学》杂志上报告说，通过分析这些测量结果，天文学家发现詹森沿着恒星的赤道围绕哥白尼运行——这与哥白尼的其他行星不同，后者的轨道路径如此不同，以至于它们甚至从未穿过恒星和地球之间。

这意味着詹森可能在更远的一个相对较冷的轨道上形成，并随着时间的推移慢慢落向哥白尼。 随着詹森越来越靠近，来自哥白尼的更强大的引力改变了行星的轨道。

“我们已经了解了这个多行星系统——我们发现的行星数量最多的系统之一——是怎样进入目前状态的，”该研究的主要作者、熨斗研究所中心研究员 Lily Zhao 说。纽约市的计算天体物理学 (CCA)。

即使在它原来的轨道上，这颗行星“也可能非常热，以至于我们所知道的任何东西都无法在地表生存，”赵说。 尽管如此，新发现仍可以帮助科学家更好地了解行星是怎样随着时间的推移形成和移动的。 这些信息对于了解类地环境在宇宙中的普遍程度以及地外生命的丰富程度至关重要。

毕竟，我们的太阳系是宇宙中唯一我们知道生命存在的地方。 它也像煎饼一样扁平——所有行星彼此之间的公转距离都在几度以内，都是由同一个气体和尘埃盘形成的。 当系外行星搜寻任务开始发现遥远恒星周围的世界时，他们发现许多行星并未在平面上围绕其主恒星运行。 这就提出了一个问题，即我们像煎饼一样的太阳系是否真的很罕见。

哥白尼的行星系统距离地球 40 光年，考虑到它的研究程度和复杂性，它特别令人感兴趣：五颗系外行星围绕着一颗主序星（最常见的恒星类别）以双星对的形式绕行红矮星。 事实上，詹森是在主序星周围发现的第一个“超级地球”。 虽然 Janssen 的密度与地球相似，而且很可能是岩石，但它的质量大约是地球的八倍，宽度是地球的两倍。

在发现和确认后，Janssen 成为第一个已知的 example 超短周期行星。 詹森的轨道最小半径约为 200 万公里。 （相比之下，水星的距离为 4600 万公里，而地球的距离约为 1.47 亿公里。）詹森的轨道紧贴哥白尼，起初一些天文学家怀疑它的存在。

确定 Janssen 绕哥白尼的路径可以揭示很多关于这个星球的历史，但是进行这样的测量非常困难。 天文学家通过测量每次行星进入恒星和地球之间时哥白尼亮度的下降来研究詹森。

这种方法并不能告诉你行星移动的方向。为了找出答案，天文学家利用了用于超速摄影机的相同多普勒效应。 当光源向您移动时，您看到的光的波长更短（因此更蓝）。 当它远离时，频率偏移得更宽，光线更红。

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哥白尼星（大圆圈）的图表来自一项新研究，该研究调查了系外行星 55 Cnc e（绰号“Janssen”，用黑点表示）怎样围绕其恒星运行。 研究表明，行星的轨道（倾斜的水平线）大致与恒星的赤道对齐。 这一新信息是通过对主星光的精确测量获得的。 当詹森在恒星和地球之间移动时，测得的星光会下降。 所观察到的恒星颜色的最终变化取决于詹森穿过恒星的哪一半。 由于多普勒效应，朝向地球旋转的半球略微偏蓝，相反的半球旋转远离略微偏红，中间没有变化。 图片来源：L. Zhao 等人/Nature Astronomy 2022

随着哥白尼自转，恒星的一半向我们旋转，另一半则远离我们。 这意味着一半的星星有点蓝，另一半稍微红一点（中间的空间没有移动）。 因此，天文学家可以通过测量詹森的轨道何时阻挡来自较红的一侧、较蓝的一侧和未改变的中部的光线来追踪它。

然而，由此产生的星光差异几乎无法估量。 团队之前曾尝试过，但无法准确确定行星的轨道路径。 新研究的突破来自亚利桑那州洛厄尔天文台洛厄尔发现望远镜的极精密光谱仪 (EXPRES)。 顾名思义，光谱仪提供了注意到光的微小红移和蓝移所需的精度。

EXPRES 测量显示，詹森的轨道大致与哥白尼的赤道对齐，这条路径使詹森在其兄弟姐妹中独一无二。

先前的研究表明，红矮星附近的轨道导致了行星相对于哥白尼的错位。 在这项新研究中，研究人员提出，天体之间的相互作用将 Janssen 转移到了它现在地狱般的位置。 随着詹森接近哥白尼，这颗恒星的引力变得越来越重要。 由于哥白尼在自转，离心力使它的中部略微向外凸起，顶部和底部变平。 这种不对称影响了詹森感受到的引力，将行星拉到与恒星较厚的赤道对齐。

随着詹森的历史被阐明，赵和她的同事们现在计划研究其他行星系统。 “我们希望找到与我们相似的行星系统，”她说，“并更好地了解我们所了解的系统。”