​一个罕见的行星系统：10 多亿年都不曾受到干扰

一个罕见的行星系统：10 多亿年都不曾受到干扰

罕见的系统

在大约 100 光年之外的后发座北部，有一颗与太阳相似的恒星，名为 HD110067。2020 年，系外行星捕手 TESS（凌星系外行星巡天卫星）探测到 HD110067 的亮度下降，这表明有行星在这颗恒星面前经过，或者说发生了凌星事件。研究人员对数据进行初步分析后发现，应该有两颗系外行星绕这个恒星运行，其中一颗的公转周期为 5.642 天，另一颗的公转周期未知。

两年后，TESS 再次对这颗恒星进行了观测。在对更多的数据进行分析后，研究人员推翻了最初的结论。虽然与最初的分析结果相比，新结果的确定性要高得多，但仍有很多数据是难以解释的，这也引起了芝加哥大学的 Rafael Luque 等天文学家的兴趣。为了揭示更多细节，他们决定求助于另一个空间任务—— CHEOPS（系外行星特性探测卫星）。

在 CHEOPS 的帮助下，天文学家最终揭示了一个拥有六颗系外行星的罕见系统。这是一项极有意义的发现，因为这六颗行星以一种特殊的规律在宿主星的近距离轨道处运行，它们的轨道结构表明，这个多行星系统自 10 多亿年前形成以来，基本没有发生过改变。研究结果发表在近期的《自然》杂志上。

通过以固定的时间间隔追踪两颗相邻行星的轨道周期的联系，可以创造出每两颗相邻行星之间的独特模式。HD110067 系统中的六颗处于轨道共振的行星，一起创造了一个迷人的几何图案。（图 /Thibaut Roger/NCCR PlanetS， CC BY-NC-SA 4.0）

共振链

在搜寻过程中，TESS 任务是一点一点地扫描整个天空，寻找短周期的系外行星；而 CHEOPS 则是一项有针对性的任务，它每次只关注一颗恒星，因此精确度很高。

从 TESS 卫星对 HD110067 的观测数据中，可以确定两颗被称为 "b" 和 "c" 的带内行星，其轨道周期分别为 9.114 天和 13.673 天。通过结合 CHEOPS 的数据，第三颗行星的谜底浮出水面：研究人员发现，还有一颗公转周期为 20.519 天的行星 d。

就在这时，研究人员意识到，HD110067 的三颗带内行星，b、c、d，处于轨道共振：最外层行星的公转周期大约是第二颗的 1.5 倍，而第二颗的公转周期又几乎是最内层的 1.5 倍，因而形成了 3:2、3:2 的共振链。当最内层的行星围绕恒星公转 9 圈时，第二颗行星公转 6 圈，第三颗行星公转 4 圈。

HD1100067 的轨道结构

于是，研究人员开始思考，是否还有其他行星可能也是这个共振链的一部分。他们通过结合 TESS 和 CHEOPS 中剩下的无法解释的数据，最终发现了这个系统中的其他三颗行星。研究人员计算出，这 6 颗行星处于 3:2、3:2、3:2、4:3、4:3 的共振链中，并预测出三颗带外行星，e、f、g 的轨道周期分别为 30.793 天、41.058 天和 54.743 天。

所有六颗行星相对于行星 c 一年的轨道运动。由于这六颗行星处于精确的轨道共振，因此每颗行星的轨道都紧密相关。行星 c 绕 HD110067 旋转 360°，行星 b 就旋转 540°，行星 d 旋转 240°，行星 e 旋转 160°，行星 f 旋转 120°，行星 g 旋转 90°。（图 /Dr. Hugh Osborn）

意义重大的发现

在已发现的 5000 多颗系外行星中，共振并不罕见，多行星系统也不罕见，罕见的是找到能够维持住这种共振的行星系统。

这是因为，虽然恒星周围的行星往往是在共振中形成的，但这种共振很容易受到干扰。一颗非常大的行星，一颗经过的恒星，或者一次巨大的撞击事件，都可能破坏这种岌岌可危的共振。因此，天文学家所知的大多数多行星系统并没有共振。

研究人员表示，只有大约百分之一的多行星系统能维持这种共振，而 HD110067 就是其中之一，它向我们展示了一个未受影响的行星系统的原始结构。这是十分罕见且具有重要意义的。通过这些轨道共振的多行星系统，天文学家可以获悉许多有关于行星系统的形成和演化的信息。

HD110067 是已知最亮的拥有四颗以上行星的多行星系统，由于这些行星的大小都介于地球与海王星之间，且可能具有延伸的大气层，这使得它们成为使用韦布空间望远镜等空间任务来研究其大气成分的理想候选。

参考来源：

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops/ESA_s_Cheops_helps_unlock_rare_six-planet_system

https://mediarelations.unibe.ch/media_releases/2023/media_releases_2023/an_astronomical_waltz_reveals_a_sextuplet_of_planets/index_eng.html

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06692-3