當系外行星玩起捉迷藏的時候

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當系外行星玩起捉迷藏的時候

科學家們在2005年發現有一顆系外行星在圍繞HD27894公轉。現在，一個研究小組發現在這個系統中還有另外的兩顆行星。這意味著，許多我們曾經認為只有一顆行星的類日恆星也許並不僅僅真的只有一顆行星。作為比較，太陽系（Sonne）的行星軌道由內向外依次是水星、金星、地球、火星和木星。

在科學的世界裡，僅僅把之前研究過的數據拿出來重新進行更細緻的分析與研究，就已經足夠再次發現新事物了。舉一個最近的例子：2005年法國馬塞大學天文台的科學家Claire Moutou藉助智利的拉西拉天文台中的HARPS攝譜儀，在160光年外網罟座的位置發現了一顆系外行星在圍繞著HD27894運轉。

被命名為HD27894 b的氣態巨行星的質量略大於木星的一半，公轉周期18個地球日，並以非常靠近恆星的距離運行。位於德國海德堡的天文馬普所對當時的觀測數據展開了新一輪的研究，並且至少新發現了一顆當時被忽略掉的行星。在2016年藉助大量的模擬模擬，科學家們現在已經毫無疑問的確認了HD27894擁有三顆行星。

最初被發現的是最靠近內側的行星。系外行星的發現，很少是直接觀測到行星本身，更多的是由於行星擋住其恆星時引起恆星亮度的微弱變化。因此天文學家倒溯回這個間接觀測方法，研究它的多普勒光譜：科學家們將HD27894的光分解成光譜並對其譜線進行研究。恆星和其所屬行星實際上是圍繞著它們共同的質心旋轉。當它們在天空中適當的位置出現時——盡量使得軌道平面和視面的夾角最小，這樣就能使在周期運動中微弱的多普勒效應變得明顯。恆星沿著它的軌道在朝著地球運行，此時我們測得相對短的波長，也就是所說的藍移。當它遠離我們的時候，波長變長，出現紅移。

然而天文學家們額外關注的點，是其行星的運轉周期，儘管這並不是一件容易的事，尤其是當只有很少量觀測數據的時候。「對於擁有兩個行星類日恆星而言，當這兩顆行星的公轉周期比是2比1的時候，人們很容易就會做出只有一個單獨行星的結論」天文馬普所的Martin Kürster解釋到。他的研究小組正在對之前類似的單行星類日恆星進行重新的篩查，以便找出那些潛在被忽略掉的行星。

早在2014年天文學家們就已經將注意力轉移到了HD27894上，因為他們對於目前只發現了一顆氣態巨行星的結果並不是很滿意。他們所使用的模型顯示，假設這是一個雙行星系統，在2003年至2005年間所得到的觀測數據也可以得到完美的解釋：HD27894 b和一顆在其內側並且運行周期也只有其一半（9天）的行星可以同時存在，並且可以解釋已有的觀測結果。不久後，藉助模擬模擬科學家們找到了一個更好的解釋：在HD27894 b軌道以外的地方存在另一顆氣態巨行星，並且擁有兩倍於其的公轉周期（36天）。

通過研究HARPS在2006年至2013年的觀測數據，天文學家們漸漸地預感到，也許還存在著另外一顆公轉周期更長的行星，而2016年的觀測數據也在一定程度上印證了他們的預感。初步的分析結果認為，應該還存在一顆氣態巨行星，它的公轉周期至少有14年，其質量大約是木星的5.5倍，並且擁有一個橢圓形的公轉軌道。

天文學家們最初的懷疑是由引力計算得出的，他們最初並沒有考慮到HD27894 d的引力影響：僅僅是考慮到最內側行星18天運行周期的波動，進而找到了其外側公轉周期為36天的HD27894 c，它的質量大約是土星的一半。因為它的公轉周期是HD17894 b的整兩倍並且缺少足夠的觀測數據，因此在過去的數據分析中被b所掩蓋掉了。隨著有效觀測數據的增加，人們才得以揭開它神秘的面紗。

「我們的動態模型考慮到彼此的行星的引力影響，可以更好的解釋已觀測到的數據。通過模擬，我們也可以使用該系統測試其長期穩定性並且更深入的了解兩個相對更加靠近母恆心的行星的關係，「Trifon Trifonov解釋到，他是研究小組成員和研究發現的第一作者。 HD 27894 b和c擁有2：1的共振：內側行星每運轉兩圈的時間外側的行星剛好只運行一圈。

正是由於這個原因HD27894 c在12年前成功的從科學家的眼皮下藏了起來， 並能使得該類日恆星系統更加的穩定。這也與目前我們所使用的行星系統模型高度一致：很久以前兩顆行星都在距離恆星較遠的位置，後來才逐漸遷移到他們目前的位置上。它們所特有的2：1的共振周期也可以把它們聯繫到一起。

然而天文學家強調，為了進一步確定其共振的影響還需要進行更多的觀測和模擬模擬。另外，最外側的氣態巨行星也仍然有許多的不確定性。但是，科學家的研究表明，許多之前發現的單獨的系外行星背後可能隱藏著更多的行星。Trifonov認為「僅僅通過只記錄了少量數據的觀測數據就確定類日恆星所擁有的行星數量是不可靠的。我們正在對已發現的40個系外行星系統開展更多的觀測和分析。其中有幾個是非常有可能存在更多行星的。」 進一步的研究也許同樣可以解釋為什麼至今這麼多的系外行星都在一個相對橢圓軌道上被發現，與此相應的太陽系大部分行星的軌道都是近乎圓形。最有可能的原因就是由兩顆同樣是圓形軌道的行星，互相影響，導致在地球上看來彷彿只存在一顆擁有橢圓軌道的行星。這一推論與行星的形成理論也高度的吻合。

原文載於《Sterne und Weltraum 》2017年第12期

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