比鄰星究竟有沒有第二顆行星

離太陽系最近的恆星是半人馬座α星（Alpha Centauri，中名「南門二」）這個三星系統裡的C星（註：大寫英文字母代表恆星），也就是大家熟悉的比鄰星（Proxima，GJ 551），距離約4.2光年。天文學家在2019年4月宣佈於比鄰星旁發現可能有第二顆系外行星的證據，經過近一年的後續追蹤觀測與分析，迄今還沒辦法完全確認它的地位，不過已經先行編號為比鄰星c（Proxima c，註：小寫英文字母代表行星），它可能是一顆超級地球（super Earth），質量約地球的六至八倍，離母恆星約1.48個天文單位，軌道周期約5.21年（約1894天），它的軌道位置在比鄰星的「雪線」以外，收到的比鄰星輻射偏少，所以應是類似海王星的冰質行星。天文學家還推測它的磁場與其母星發出的閃焰交互作用下，在兩極將有著炫麗的極光；此外，它還可能有像土星環一樣的光環。

在比鄰星c的軌道內側，是比鄰星系統第1顆確認的系外行星比鄰星b，發現於2016年，特性與地球更接近，且位在比鄰星的適居區內，意味著溫度適中而使其表面可存在液態水。在一個行星系統裡，有大型行星擋在外側，屏蔽彗星等小天體的襲擊，將可使適居區內的行星更適合生命生存；在我們自己的太陽系裡，木星和土星就扮演著這樣的騎士角色。

比鄰星本身是顆質量和表面溫度都比太陽低的紅矮星，這是銀河系裡最常見的恆星種類。所以若能確認比鄰星c是真實的，或許是瞭解紅矮星旁行星系統如何誕生與演化的關鍵。又由於比鄰星c位在比鄰星雪線以外之處，溫度極低，所以理論上這裡只會形成含冰豐富、質量中等的超級地球和迷你海王星？所以，比鄰星c究竟為何出現在離母恆星這麼遠的地方？如果能解開這個問題，將有助於行星形成理論的研究。

能證明比鄰星c存在的最佳證據就是「擺動（wobble）」。受到行星的重力影響，母恆星的位置會隨著行星公轉有周期性的微小移動，稱之為「擺動」，以光譜觀測時，會因恆星受到位置改變而使星光波長改變，即所謂的「杜卜勒效應」（Doppler effect），光譜譜線位置因而會周期性地藍移或紅移（藍為波長較短端，紅為波長較長端），這種觀測方式稱為「徑向速度法（Radial Velocity）」。譜線位置來回改變的時間間隔基本上就是行星繞母恆星的公轉周期，而擺動的幅度大小可以之估計行星的質量。一般氣體巨行星因質量較大，讓恆星擺動的幅度也較明顯而容易藉此方式尋找，但小一點、遠一點的行星則擺動幅度小且慢而搜尋困難，只能透過電腦模擬數年的觀測資料來大海撈針。

比鄰星c造成母星位置移動量推測僅約每秒一米，估算出的公轉周期約五年之久。以此數值估計，大約需要將近二十年的高精度光譜觀測資料才能分辨出光譜譜線的位置差異和移動周期。問題是，恆星本身的黑子和其他活動，甚至是地球上光學儀器的微小不穩定性，都會影響觀測結果。所以近年來已經罕有以「擺動法」發現小型系外行星的報告。迄今為止，天文學家已經排除了許多可能來自恆星和儀器的干擾，但即使如此，還是無法肯定比鄰星c的存在。不過好在，比鄰星是離太陽系最近的恆星，天文學家有更好的機會能仔細觀測研究這個系統，所以天文學家們目前還在嘗試以太空中和地面上各種穩定度和精確度更高的儀器，或是用不同波段的設備，繼續累積比鄰星的光譜資料，以期能在未來得出最後的答案，甚至期待在這個系統中發現外星生命！

【圖：洛倫佐·桑蒂內利（Lorenzo Santinelli）；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】