最蓬松的行星

在太陽系內(nèi)，木星是最巨大的行星，其直徑大約是地球的11.2倍，質(zhì)量是地球的318倍。我們知道，地球的密度約為每立方厘米5.5克，可以計算得出，木星的密度是大約每立方厘米1.326克。

相比之下，土星是太陽系內(nèi)最“輕”的行星，它的體積是地球的830倍左右，質(zhì)量卻僅有地球的95倍。計算后可以得知，土星的密度僅為每立方厘米0.687克，比水還小。如果有足夠大的海洋把整個太陽系扔進去的話，只有土星會漂浮在水面上。

不論是木星的質(zhì)量還是土星的密度，都已經(jīng)足夠驚人，但放眼整個宇宙，它們就顯得并不突出了。

在221光年以外，有一顆系外行星，成為了目前人類已知密度最小、最為蓬松的行星。它的發(fā)現(xiàn)，不僅從數(shù)據(jù)上震驚了我們，甚至突破了科學(xué)家現(xiàn)有的理論，令人們困惑不已。

超級泡芙行星

這顆行星名為WASP-107b，圍繞著一顆K型主序星WASP-107公轉(zhuǎn)。K型主序星又被稱為橙矮星，溫度、體積、質(zhì)量都略低于太陽。WASP-107的質(zhì)量大約是太陽的69%，表面溫度約為4430K，比太陽低了許多。

但是，WASP-107b并沒有因此就比太陽系的行星冷，因為它距離宿主恒星非常近，接收到的輻射也多得多。觀測結(jié)果表明，它圍繞宿主恒星公轉(zhuǎn)一圈僅需5.7天，是太陽系最內(nèi)側(cè)行星水星公轉(zhuǎn)周期的6.48%。在如此近的距離下，WASP-107b的溫度也高得驚人，達到了462℃，比水星還熱，和太陽系金星差不多。

和金星不同的是，WASP-107b并非巖石行星。它的體積非常巨大，半徑達到了木星的94%，可見是一顆典型的氣體巨星，也是所謂的熱木星。由于表面溫度過高，且主要由氣體構(gòu)成，所以熱脹冷縮效應(yīng)尤其明顯，導(dǎo)致它極度的蓬松，并且有大氣在不斷蒸發(fā)。

正是在這樣的情況下，WASP-107b密度就變得非常低了?？茖W(xué)家利用美國的凱克望遠(yuǎn)鏡，通過徑向速度法觀測后發(fā)現(xiàn)，雖然體積和木星差不多，但WASP-107b的質(zhì)量僅有木星的10%左右。計算后可以發(fā)現(xiàn)，它的密度竟然只有每立方厘米0.13克。也就是說，從整體上看這顆行星，它的密度還不如我們烤串時用的木炭的1/3！因此，科學(xué)家又將它稱為超級泡芙行星。

普通人僅僅會震驚于這些夸張的數(shù)字，而科學(xué)家們則會透過現(xiàn)象看本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其深層次的根本問題。

微小的行星核

根據(jù)目前的研究，木星這樣的氣體行星除了表明厚度驚人的大氣層之外，還有一個核心區(qū)域。以木星為例，它的核心占了整體質(zhì)量的5%-15%左右，也就是約為地球質(zhì)量的15-45倍。

考慮到WASP-107b的質(zhì)量只有木星的1/10，蒙特利爾大學(xué)的物理學(xué)家Caroline Piaulet及其團隊計算后認(rèn)為，它的固體行星核質(zhì)量可能不足地球的4.6倍。也就是說，這顆行星85%的質(zhì)量都集中在極度蓬松的大氣層中。

這帶來了一個巨大的問題，Piaulet說道：“密度如此之低，這樣的行星怎么會形成呢？尤其是在它和宿主恒星如此之近的情況下，是如何維持龐大的大氣層不逃逸殆盡呢？這使得我們不得不做一個徹底的分析，以確定它的形成史?！?/span>

對于這些遙遠(yuǎn)的氣體巨星來說，我們研究的重要方法之一就是參考太陽系內(nèi)的氣體巨星，也就是木星和土星，然后進行類推分析。實際上，不僅僅是木星，密度相對較小的土星也有一個質(zhì)量比地球大10倍以上的核心。因此，長期以來，科學(xué)家都認(rèn)為這樣的巨大核心是氣體行星形成的必要條件，只有核心達到這么巨大的質(zhì)量，才能吸積足夠多的物質(zhì)，提升自己的質(zhì)量。

因此，科學(xué)家們推測，WASP-107b應(yīng)該是以一種不同形式的過程形成的。而且，考慮到它目前有大量的氣體在蒸發(fā)，如果它形成的時候就面臨這樣的困境，那么恐怕根本就不會形成。因此，我們有理由相信，它最初并不是在我們發(fā)現(xiàn)的地方形成的，而是形成之后才遷移到這里的。

軌道的遷移

而且，除了WASP-107b之外，這個系統(tǒng)中還有另外一顆行星，那就是WASP-107c。這顆行星的位置就要遠(yuǎn)得多了，公轉(zhuǎn)周期為1088天，是地球的3倍。而且，雖然行星軌道都是橢圓，但基本都十分接近正圓，而它的公轉(zhuǎn)軌道偏心率非常大。這樣的運行模式，意味著它受到了其他天體引力的干擾，而干擾它的很可能就是WASP-107b。

加拿大麥吉爾大學(xué)的天文學(xué)家Eve Lee介紹了他們的猜想：“對于WASP-107b最合理的推測就是它形成于距離宿主恒星非常遠(yuǎn)的地方，那里原始星盤的氣體溫度足夠低，氣體吸積過程也會非常快。后來，這顆行星要么通過與原始星盤的相互作用，要么與系統(tǒng)中其他行星發(fā)生作用，總之它成功地遷移到了現(xiàn)在的位置上?！?/span>

簡單來說，WASP-107b在開始瘋狂吸積的過程中，就因為與WASP-107c之間的相互作用而進入到了靠近宿主恒星的軌道上，然后結(jié)束了吸積的過程。同時，它的核心質(zhì)量可能也會在未來幫助我們確定一顆氣體巨星形成的核心質(zhì)量下限，或許4.6倍地球質(zhì)量甚至更小的核心，也足以促使一顆氣體巨星的形成。

加拿大蒙特利爾大學(xué)的天體物理學(xué)家Bj?rn Benneke表示：“這項研究明確了氣體巨星如何形成及成長的一些關(guān)鍵基礎(chǔ)，并且為此提供了明確的證據(jù)，證明即使是比以往想象要小得多的核心，依然可以帶來巨大的氣體包層。”

接下來，研究團隊希望通過更加靈敏的觀測設(shè)備來研究這顆史上最蓬松的行星，這對于我們了解行星形成和演化至關(guān)重要。畢竟，太陽系只有八顆行星，可供研究的對象實在太少。那些遙遠(yuǎn)的行星，成為了絕佳的觀測對象，也是我們了解太陽系形成乃至生命出現(xiàn)的關(guān)鍵。

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