凌日系外行星巡天衛星發現3顆系外行星

美國麻省理工學院天文學家墨西米利安·京特（Maximilian Günther）博士等人透過美國太空總署凌日系外行星搜尋衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，簡稱 TESS），在距離僅約七十三光年遠的TOI-270系統周圍新發現三顆系外行星，並經地面望遠鏡追蹤觀測確認，由內向外分別標示為b、c 和 d，公轉周期分別約為三天、五天和十一天，三者皆為至今已知系外行星中最小及最近之一。

其中b是小型的岩質超級地球（super-Earth），另外兩顆c與d則屬大小約海王星一半的次海王星（sub-Neptune）。最讓天文學家感興趣的是離恆星最遠的d，因為它和恆星的距離讓它可能剛好處在溫度適中的適居帶（habitable zone）內，這意味著在這顆行星大氣最上層的溫度可能能讓某些型態的生命生存，但卻因為它的大氣層可能過於濃厚，致使行星表面溫度因溫室效應而過熱，無法存在液態水或讓一般生物生存。

雖然看起來不是未來適合的移民星，TOI-270系統有一些讓天文學家感興趣的特點，例如：這三顆行星的大小都很接近，與我們太陽系明顯區分為水金地火四顆小型岩質行星與木土天海四顆氣體或冰質巨行星的狀況迥異。太陽系沒有大小和組成成分介於地球與海王星之間的「中間型」行星，但TOI-270確有兩顆次海王星就是比海王星小，又不比岩質行星大多少的中間型行星。天文學家相信：次海王星就是行星形成理論中缺少的那個必要環節，能讓天文學家確認像地球這樣的小型岩質行星，與像海王星這樣質量更大一些的冰質行星的形成和演化過程是否相同。

TOI-270由於離太陽系不算遠，故而顯得明亮，而且這顆恆星異常寧靜。這是一顆M型矮星，這類恆星通常非常活躍，時常會爆發閃焰等太陽風暴。然而TOI-270似乎是比較老的M型矮星，活動已經漸漸平息，使其亮度相當穩定，天文學家因而得以較精確的測量周圍行星的許多特性，例如質量或大氣組成等。TOI-270 d離其母恆星約一千萬公里，而TOI-270是個矮星，且表面溫度僅約太陽的一半，故其適居區可能是從離恆星約一千五百萬公里遠開始，但在不在適居區內並不是唯一判定這顆行星是否適合生存的條件，其他諸如行星的大小、質量和大氣狀況等也是判定的因素之一。此外，TOI-270極少有活動的寧靜狀態讓行星的居住條件更好。

京特等人指出：這三顆行星似乎列隊而使之呈現共振鏈（resonant chain）模式，亦即它們軌道的比例接近整數，例如內側的b和c的軌道比例是3:5，外側的c和d則是1:2，所以它們彼此處在共振狀態，讓行星的位置呈現如同珍珠串一樣的景象。天文學家曾在其他小型恆星發現過類似的共振行星形成狀況，而在我們太陽系裡，木星衛星也有彼此軌道共振的列隊現象。共振鏈很有趣，因為可以透過這個現象來研究這些天體的動力學行為，甚至可以期待只要找到其中幾顆行星，就可以經由這樣的整數比例來找到另一顆更遠一點的系外行星。

京特等人認為在比d更遠之處可能還有其他行星是處在TOI-270的適居帶內，因此他們的未來計畫就是利用其它儀器或太空望遠鏡繼續深入監測TOI-270系統，瞭解更多這三顆新行星的特性，也期待能在適居帶中找到其它行星。

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁；新聞訊息由林景明提供】