一顆系外行星圍繞紅矮星執行的藝術想象圖 圖片來源： NASA/ESA/STScI/G.Bacon
“尋找到5000個系外行星”是一個被大肆宣傳的重要目標， 目前我們已確認的系外行星總數離這個目標只差幾百個了。然而，比數字更值得注意的，是這些系外行星所展現出的多樣性。在天文學家發現的系外行星中，有一小部分與我們太陽系中的行星類似，但大多數對我們來說很陌生:有灼熱的氣態巨行星，每隔幾天就能圍繞主星旋轉一週；有海王星大小的行星，密度像棉花糖一樣，就像一顆馬勃；還有成群結對的小行星，像沙丁魚一樣擠在一起，圍繞著小而冷的恆星旋轉。與它們相比，我們熟悉的、被認為是“典型”的太陽系，反而是不尋常的。
GJ 367b是最新發現的一顆古怪的系外行星，它挑戰了我們的既有觀念，向我們強調宇宙中還有很多未知。它太古怪了，以至於似乎更適合出現在重金屬專輯的封面上或者科幻小說的情節中，而不是出現在現實世界中。在2021年12月2日發表在《科學》（Science）上的一篇文章稱，這顆行星可能本質上是一個半熔化的鐵球，體積約為地球的四分之三。
德國航空航天中心（DLR）的Kristine Lam和同事利用NASA的凌日系外行星巡天衛星（TESS）發現了GJ 367b。它是一個奇特的“亞地球”行星（比地球和金星質量小得多的行星），位於一顆距離我們僅31光年的小紅矮星周圍。TESS的觀測顯示，這顆行星直徑約9000千米（大約比火星直徑大1/3）；隨後歐洲南方天文臺的高精度徑向速度行星搜尋望遠鏡（HARPS）的觀測顯示，這顆行星的質量只有地球的一半。綜合以上的觀測結果，可以得出這顆行星的密度驚人——大約8克每立方厘米，接近純鐵的密度。Lam指出：“這顆行星很可能含有大約80%的鐵，被矽酸鹽的地幔包裹著。這種結構類似於我們太陽系中的水星。”
但是，水星距離太陽5800萬千米，公轉週期88天；而GJ 367b距離主星僅100萬千米，公轉週期僅為7.7小時。這意味著GJ 367b沐浴在恆星的光芒中，表面溫度可能高達1500攝氏度，足以熔化岩石和金屬。“在這裡生活可能不怎麼愜意。”Lam說。
水星 圖片來源：unsplash
之前人們已經發現了大約100顆類似的超短週期的巖質行星，但GJ 367b是其中最小最輕的。它很可能會因為與恆星接近而被潮汐鎖定，這意味著它總是以同一個半球面面向恆星，就像月球對地球一樣。永遠面向恆星的一面（永晝）會具有極高的溫度，因此可能是一片岩漿的海洋。法國艾克斯馬賽大學的Alexandre Santerne（沒有參與這項研究，但他之前發現了另一顆類水星的系外行星）指出，在這樣的溫度下，矽酸鹽應該是液態的，就像一個巨大的岩漿池；而與此同時，該行星背對恆星的一面（永夜）溫度要低得多，意味著那裡應該有固態的岩石；在晝夜的分界線上，應該會存在介於岩漿和岩石之間的過渡物質。如果這顆行星有大氣層的話，這種溫度差異可能會導致狂風。但大多數專家認為，因為GJ 367b與它的主星極其接近，所以它可能很早之前就沒有大氣了。
這顆行星是如何形成的是一個謎，答案可能對我們理解太陽系的形成產生重要的影響。科學家不認為行星可以在距離恆星很近的地方形成，因為導致GJ 367b被潮汐鎖定的引力應該早在一開始就擾亂了行星的形成過程。所以類似的行星可能是在距離恆星更遠的地方形成的，而後向內遷移，這個過程有時會導致壯觀的星際碰撞。水星可能就是由類似的巨大撞擊塑造的，它曾經的結構可能與地球更為相似。“最合理的解釋是，一些物體撞上了水星，留下了一個主要是鐵的物體。”普林斯頓大學的Joshua Winn說，他是發現GJ 367b論文的合著者。他補充道：“但這個說法並不能讓我們信服，因為沒有其他證據證明發生了碰撞。如果我們可以弄清楚這些富含鐵的超短週期行星是如何形成的，也許就能啟發我們對水星形成的理解。”
一種可能性是，像GJ 367b這樣的超短週期巖質行星，可能不是由災難性的碰撞形成的，它們可能是巨行星在遷移時，被恆星烤乾表面的氣體後殘餘的鐵核。天文學家尋找系外行星時，發現軌道離恆星很近的行星中，既有巨大的“熱木星”，也有類似GJ 367b的行星。值得注意的是，在這樣的環境中，大小介於兩者之間的、類海王星的行星是缺失的。造成這種情況的原因可能是，這類行星被系統中的另一顆行星推向恆星，當它們足夠接近恆星時，它們含氫和氦的大氣層被剝離，只留下巖質的內部。英國華威大學的前教授Don Pollacco說：“GJ 367b原來很有可能是一個更大的行星，但是已經被燒燬了，所以我們看到的可能是一顆表面蒸發了的行星的高密度的核心。”
對於水星來說，由於它與太陽的距離相對較遠，不太可能有這樣奇異的起源故事。隨著對水星的進一步研究，以及使用下一代裝置(如詹姆斯·韋伯太空望遠鏡James Webb Space Telescope)對超短週期行星的更多觀察和發現，我們對這樣的行星的形成過程可能給會有更深的瞭解。最重要的是，在已知的數千顆系外行星中，我們在不斷地發現新奇的行星。Pollacco說：“我們試圖在太陽系外尋找類似太陽系的地方，但我們實際發現、並將繼續發現的，是與太陽系截然不同的、超乎我們想象的世界。”
詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST） 圖片來源：NASA
撰文：Jonathan O’Callaghan
翻譯：武雨佳
審校：鄭昱虹
引進來源：科學美國人
本文來自：中國數字科技館
