現實中發現的三體世界

本文作者:艾麥樂

新發現的行星，位於三星系統之中，可以看到3顆太陽。此圖為藝術想像畫。圖片來源：ESO/L. Cal?ada

天文學家利用歐洲南方天文台（ESO）甚大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）上的SPHERE設備，拍到了第一顆在三星系統內部發現的軌道半徑較長的行星。這顆行星所處的這樣一條軌道曾被認為是不穩定的，可能導致這顆行星被迅速甩出這個三星系統。然而，不知道如何，這顆行星倖存了下來。這項出人意料的觀測暗示，三星系統中的行星實際上可能比先前料想的要更加普遍。這一發現今天（7月7日）在線發表在《科學》（Science）雜誌上。

在電影《星球大戰》里，天行者盧克的家鄉塔圖因（Tatooine）是一個奇異的世界，天空中有著兩顆太陽，而天文學家現在已經發現了一顆更加奇異的行星，那裡的觀測者可能會體驗到持久的白晝，也可能會在每一天都經歷3次日出和3次日落，具體取決於那顆行星處在什麼季節。而那裡的每一個季節，持續時間也比我們人類的一生都要漫長許多。

這顆行星由美國亞利桑那大學領導的一個天文學家團隊發現，他們藉助位於智利的歐南台甚大望遠鏡，直接拍攝到了它的影像。這顆行星名為HD 131399Ab，與已知的其他任何一顆行星都不一樣——它繞著3顆恆星中最明亮的那顆旋轉，公轉軌道的半徑是多星系統中已知行星里最長的。這樣的軌道往往是不穩定的，因為三星系統中的另外兩顆恆星會對它施加複雜且不斷改變的引力作用，天文學家先前認為，行星在這樣的系統中處於穩定軌道的可能性極低。

HD 131399Ab距地球大約320光年，位於半人馬座方向，行星的年齡大約為1600萬年，是迄今已知的最年輕太陽系外行星之一，也是為數不多被直接拍攝到影像的行星之一。它的表面溫度約為580℃，質量估計為木星質量的4倍，這也使得它成為了迄今被直接拍攝到影像的太陽系外行星中，溫度最低、質量最小的一顆。

歐洲南方天文台甚大望遠鏡上的SPHERE設備拍到的三星系統影像。靠近圖片中心的小光點為此次發現的行星，它繞著系統中質量最大的恆星HD 131399A旋轉。右下兩個光點是另外兩顆質量較小的恆星，HD 131399B和C。它們在相互繞轉的同時，也繞著恆星A旋轉。圖片來源：ESO/K. Wagner et al.

這項研究的合作者之一、亞利桑那大學的丹尼爾·亞派（Daniel Apai）說，「HD 131399Ab是少數幾顆直接被拍攝到影像的太陽系外行星之一，也是第一顆有著如此有趣動力學特徵的行星。」

研究論文的第一作者、HD 131399Ab的發現者凱文·瓦格納（Kevin Wagner）補充說，「這顆行星的公轉周期為550個地球年，在其中大約一半的時間裡，那裡的天空中都能看到那3顆恆星；較暗的兩顆總是靠得很近，它們與最亮那顆恆星的間距全年都在不斷變化。」

凱文·瓦格納是亞利桑那大學的博士生，他從成百上千個候選目標中甄別出了這顆行星，並領導了後續觀測來確認它的身份。

儘管還需要反覆和長期的觀測才能精確測定這顆行星在它的3顆恆星之間的運行軌跡，但現有的觀測和模擬似乎暗示了如下場景：最亮的那顆恆星，即HD 131399A，估計質量要比我們的太陽多8%，兩顆質量較小的恆星，即B和C，繞著最亮的這顆恆星旋轉，它們的間距大約為300個天文單位（1個天文單位，相當於地球和太陽之間的平均距離）。與此同時，B和C又像一對啞鈴那樣彼此繞轉，兩者間隔大約相當於太陽到土星的距離（10個天文單位）。

新發現的行星所處的可能軌道。這顆行星繞著三星系統中質量最大的恆星旋轉，這顆恆星又與另外兩顆質量較小的恆星相互繞轉。圖片來源：ESO

在這樣一個場景中，行星HD 131399Ab沿著圓形軌道繞恆星A公轉，軌道半徑約為80個天文單位，大約相當於太陽系中冥王星軌道半徑的2倍。如此一來，這顆行星就會運行到恆星A和恆星對B/C之間大約1/3的間距處。

按照這樣的軌道，在這顆行星上「一年」的大部分時間裡，那3顆太陽在天空中相距都不遠，行星上會有我們熟悉的白天和黑夜，每天都會有3次日出和3次日落。隨著行星沿著自己的軌道逐漸移向那三顆恆星中間，最亮的太陽和較小的兩顆太陽在天空中的間隔也會越來越長，直到一顆太陽升起時另兩顆太陽剛好落下，反之亦然。此時，這顆行星上就會幾乎到處都是白天，這個白晝將持續「一年」的大約1/4時間，也就是差不多140個地球年。

研究者指出，這樣一組軌道是可行的，但這個系統的長期穩定性還要等後續觀測更好地測定行星軌道之後才能加以驗證。「如果這顆行星距離系統中質量最大的恆星再遠一點，它就會被踢出這個系統。」亞派解釋說，「我們的計算機模擬已經證明，這類軌道可以穩定存在，但只要改變一點點，就會很快變得不穩定。」

天文學家和行星科學家對多恆星系統中的行星有著特別的興趣，因為它們給這些極端場景中行星如何形成的機制提供了實例。儘管對於只繞著一顆恆星公轉的我們來說，多恆星系統似乎是怪異的，但事實上，宇宙里的多恆星系統就像單顆恆星一樣普遍存在。

「現在還不清楚這顆行星如何會在這樣一個極端系統中進入這樣一條長周期軌道，我們也還說不準這一發現在拓寬我們對行星系統的理解方面有何意義，但它證明在許多人設想的可能性之外，宇宙中還有更多變數存在。」凱文·瓦格納總結說，「我們明確知道的是，多恆星系統中的行星被研究得太少太少，而它們的數目有可能與單恆星系統中的行星不相上下。」

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