距離地球約337光年的紅矮星TOI-1752,最新研究確認它並非只有一個候選天體,而是一個由兩個行星組成的系統:內側的TOI-1752 b極度接近母星,被形容為「熔岩世界」候選;外側的TOI-1752 c則是一個較大的次海王星,軌道位於所謂「樂觀宜居帶」。
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不過,「宜居帶」這個稱呼要小心解讀。它只代表在某些大氣條件下,行星表面理論上可能容許液態水存在,並不等於已證實有水、有適合地球生物的環境,甚至更不代表發現了生命。
TESS先發現訊號,地面觀測再確認
NASA的凌日系外行星巡天衛星TESS,主要透過觀察恆星亮度是否出現規律而短暫的下降,尋找行星經過恆星盤面前方時留下的「凌日」訊號。這類訊號首先只能帶來行星候選者,因為互相遮掩的雙星等天文現象,也可能製造相似的亮度變化。研究人員因此需要額外觀測,確認訊號是否真的符合行星凌日的特徵。
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由西班牙安達盧西亞天體物理研究所(IAA-CSIC)主導的研究,將TESS太空數據與地面觀測結合。相關觀測包括在特內里費Teide天文台、由Carlos Sánchez望遠鏡搭載的MuSCAT2多色相機進行的跟進工作。
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綜合結果確認TOI-1752 b和TOI-1752 c都是行星。論文量度了兩者的半徑及軌道週期,並將TOI-1752描述為一個由兩個小型凌日行星組成、環繞M1V型紅矮星的系統。
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TOI-1752 b:不到一日繞星一周的「熔岩世界」候選
TOI-1752 b的半徑約為地球的1.69倍,繞母星一周只需約0.94日;NASA系外行星資料庫已將它列為確認的凌日行星。
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由於它與紅矮星距離極近,接收到的恆星輻射非常強烈,因此研究及相關報道以「熔岩世界」形容它。這個講法應理解為根據軌道距離及受熱程度作出的模型推斷,並不是天文學家已直接看見其表面有熔岩。
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以半徑分類,TOI-1752 b屬於「超級地球」;但這個名稱只表示它比地球大,並不代表它的地表環境一定似地球。在今次研究中,這個分類主要用來區分它與較大型、類似海王星的外側行星。
TOI-1752 c:半徑約為地球2.29倍的次海王星
TOI-1752 c是系統的外側行星。NASA資料顯示,它的質量約為地球5.86倍,半徑約為0.204個木星半徑,即約2.29個地球半徑;它與母星相距0.1614天文單位,軌道週期約為32.7日。
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研究論文給出的更精確軌道週期為32.7144日,半徑則為2.29個地球半徑,與NASA資料庫數值一致。
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13 以大小而言,它介乎地球與海王星之間。不過,單靠半徑仍然無法知道它究竟是岩石世界、擁有深厚富含氫氣的大氣包層、內藏高壓水層,還是屬於另一種中等大小的行星結構。
有報道指TOI-1752 c接收的恆星輻射約等於地球,估算平衡溫度約為攝氏18至20度。
10 這些應視為報道中的估算數值,而非代表它有攝氏18至20度、類似地球的實際地表。平衡溫度是基於反照率及熱力平衡等假設計算,不能直接等同於地面氣溫。
點解「宜居帶」不等於適合居住?
天文學家把行星放入宜居帶,通常是因為它與母星的距離,在某些大氣條件下可能容許表面存在液態水。這個分類本身並沒有證明相關大氣條件真的存在。
對TOI-1752 c這類次海王星來說,大氣及內部結構尤其關鍵。即使接收到與地球相若的能量,厚厚的揮發性物質外殼仍可能帶來遠高於地球的壓力及完全不同的溫度環境。雲層、大氣成分、熱量流動,以及有沒有固體表面,都會影響「宜居」在實際上代表甚麼。
目前提供的研究資料,沒有顯示TOI-1752 c已發現生物標誌或生命證據。要知道它有沒有大氣、內裏含有甚麼氣體,還要靠進一步觀測,例如凌日光譜分析,從恆星強烈的光線中分辨出行星大氣留下的微弱訊號。未來如有適合的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)觀測,也可能協助研究其大氣成分;但現階段並沒有證實任何生物標誌。
同K2-18 b有幾相似?
TOI-1752 c令人聯想到K2-18 b,原因是兩者都是環繞紅矮星、可以透過凌日方式觀測的次海王星,而且軌道週期都約為33日。NASA系外行星資料庫顯示,K2-18 b的軌道週期約32.94日,半徑約為地球2.37倍。
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這個比較有參考價值,但不代表兩者完全一樣。軌道週期及大小相近,並不能保證它們有相同質量、大氣、雲層性質或內部組成。TOI-1752的特別之處,在於同一顆紅矮星周圍同時擁有一個極端熾熱的內側行星,以及一個受熱程度相對溫和的外側次海王星,形成天然對照。
一個系統,兩種極端環境
TOI-1752 b不到一日便完成公轉,TOI-1752 c則要接近33日。將兩者放在同一個系統研究,可以幫助科學家比較行星如何形成及遷移,也能了解強烈恆星輻射如何剝走或改變行星大氣,以及半徑與內部組成之間的關係。
相關研究刊於《皇家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。
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13 下一步若能量度TOI-1752 c的質量及大氣,將有助判斷它到底是富含氣體的次海王星、含水量較高的世界,還是另一種中等大小行星。更重要的是,這些觀測可以提醒我們:行星位於宜居帶,只是值得研究的起點,並不是「適合人類居住」的結論。