十多年來，天文學(xué)家一直在尋找圍繞AU Microscope II運行的行星，這是一顆太陽系附近的恒星，仍然被其形成時遺留下來的原行星盤所包圍。

現(xiàn)在，科學(xué)家們利用美國宇航局（NASA）凌日系外行星觀測衛(wèi)星苔絲號(TESS)和退役的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)報告稱：發(fā)現(xiàn)了一顆大約與海王星大小相當(dāng)?shù)男行牵谝恢芏嘁稽c的時間里繞著這顆年輕恒星旋轉(zhuǎn)。

該系統(tǒng)簡稱為AU Mic，為研究行星及其大氣如何形成、演化以及與恒星相互作用提供了一個獨一無二的實驗室。弗吉尼亞州費爾法克斯喬治梅森大學(xué)的博士生布萊森·凱爾(Bryson Cale)說：AU Mic是一顆年輕M矮星，它被一個巨大的原行星盤碎片盤包圍著，在其中移動的塵埃被追蹤到了?，F(xiàn)在，多虧了苔絲和斯皮策望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一顆可以直接測量大小的行星。

這顆名為AU Mic b的新行星在一篇由凱爾合著、由他的導(dǎo)師、喬治梅森大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)助理教授彼得·普拉夫坎(Peter Plavchan)領(lǐng)導(dǎo)的論文中進(jìn)行了描述，其研究發(fā)表在《自然》期刊上。Au Mic是一顆冰冷的紅矮星，年齡估計在2000萬到3000萬年之間，與太陽相比，它是一個恒星嬰兒。這顆恒星是如此年輕，以至于它主要是由自身引力將其向內(nèi)拉并壓縮時產(chǎn)生的熱量發(fā)出。

比地球還重58倍

這顆恒星不到10%的能量來自于核心中氫到氦的聚變，這一過程為像太陽這樣的恒星提供動力。距離我們才31.9光年遠(yuǎn)，位于南部的顯微鏡座，也是名為Beta Pictoris Moving Group星團(tuán)的一部分。AU Mic b行星幾乎“擁抱”了它的恒星，每8.5天就完成了一次公轉(zhuǎn)。重量約為地球質(zhì)量的58倍，屬于類似海王星的星球。然而，Beta Pictoris b和c的質(zhì)量都至少是AU Mic b的50倍，分別需要21年和3.3年的時間才能繞恒星一周。

研究認(rèn)為AU Mic b在遠(yuǎn)離恒星的地方形成，并向內(nèi)遷移到其目前的軌道，當(dāng)行星與氣盤或其他行星通過引力相互作用時，這種情況可能會發(fā)生。相比之下，Beta Pictoris b的軌道似乎根本沒有遷移，這些年齡相近系統(tǒng)之間的差異，可以告訴我們很多關(guān)于行星如何形成和遷移的信息。探測像AU Mic這樣恒星周圍的行星是一個特別的挑戰(zhàn)，這些暴風(fēng)雨中的恒星擁有強(qiáng)大磁場，可以覆蓋著恒星黑子，經(jīng)常爆發(fā)強(qiáng)大的恒星耀斑。

黑子和耀斑都對恒星的亮度變化做出了貢獻(xiàn)。當(dāng)苔絲號衛(wèi)星在觀測AU Mic時，這顆恒星產(chǎn)生了無數(shù)耀斑，其中一些耀斑的威力，比太陽上有記錄的最強(qiáng)耀斑還強(qiáng)。研究小組進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以消除苔絲衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的這些影響。從我們的角度看，當(dāng)一顆行星從恒星前面穿過時，這一事件被稱為凌日，它的通過會導(dǎo)致恒星亮度明顯下降。苔絲號微信一次對被稱為扇區(qū)的大片天空進(jìn)行27天監(jiān)測。

在這一長時間的凝視期間，任務(wù)的相機(jī)定期捕捉快照，使科學(xué)家能夠跟蹤恒星亮度的變化。恒星亮度的規(guī)律性下降預(yù)示著可能有一顆凌日行星。通常，至少需要兩次觀測到的凌日，才能識別出一顆行星的存在。該研究的合著者、阿爾伯克基新墨西哥大學(xué)的研究助理教授戴安娜·德拉戈米爾表示：幸運的是，苔絲號三次凌日觀測中的第二次發(fā)生在苔絲號距離地球最近的地方。

在這種時候，苔絲沒有進(jìn)行觀測，因為它正忙著將所有存儲的數(shù)據(jù)下行。為了填補(bǔ)這一空白，研究團(tuán)隊獲得了在斯皮策上觀測的時間，又捕捉到了兩次凌日，使研究人員能夠確認(rèn)AU Mic b的軌道周期。斯皮策是一個多用途的紅外太空天文臺，事實證明，這項任務(wù)特別擅長探測和研究恒星周圍的系外行星，斯皮策在最后一年返回了AU Mic的觀測結(jié)果。

比海王星大8%

由于凌日阻擋的光量，取決于行星的大小和軌道距離，苔絲號和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡凌日觀測提供了AU Mic b大小的直接測量，對這些測量結(jié)果的分析表明，這顆行星大約比海王星大8%。地面望遠(yuǎn)鏡觀測提供了行星質(zhì)量的上限，當(dāng)行星繞軌道運行時，它的引力會對其主星產(chǎn)生拉力，而主星則會相應(yīng)地輕微移動。大型望遠(yuǎn)鏡上的靈敏儀器可以探測到恒星的徑向速度，也就是它沿著我們的視線來回運動。

結(jié)合來自W.M.Keck天文臺、美國宇航局夏威夷紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)施和智利歐洲南方天文臺的觀測。研究小組得出結(jié)論，AU Mic b的質(zhì)量略小于58個地球。這一發(fā)現(xiàn)顯示了苔絲號的觀測能力，它可以為像AU Mic這樣研究得很好的恒星提供新見解，在那里可能會有更多的行星等待發(fā)現(xiàn)。苔絲號數(shù)據(jù)中還有一個額外的候選凌日事件，有望在今年晚些時候的延長任務(wù)中再次觀測AU Mic。

幾十年來，由于其鄰近、年輕和明亮恒星的行星誕生原行星盤，AU Mic一直吸引著天文學(xué)家作為行星可能的家園。Au Mic是一個試金石系統(tǒng)，是太陽系附近的一個天然實驗室，用于了解恒星和行星的形成和演化。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-020-2400-z

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