簡介：天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的恒星系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中有6顆行星繞恒星運(yùn)行，而外5顆行星的運(yùn)行周期互為簡單倍數(shù)！當(dāng)一個(gè)行星的周期是一個(gè)簡單的倍數(shù)時(shí)，我們說它們處于共振狀態(tài)。在這種情況下，這是一個(gè)共振鏈，所有外層五個(gè)行星都在簡單的多個(gè)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了非凡的太陽系，一個(gè)圍繞著鄰近恒星運(yùn)行的行星系統(tǒng)。首先，那里至少發(fā)現(xiàn)了6顆行星。另外，外部的那五顆行星繞著恒星同步運(yùn)行，好似舞蹈演員們隨著地心引力的有節(jié)奏地起舞著。

優(yōu)美的TOI-178軌道共振動(dòng)畫截圖 圖源： ESO/L. Cal?ada

這顆恒星被稱為 TOI-178，它距離地球200光年，渺小的像一根頭發(fā)。TOI是TESS Object of Interest的縮寫，是一顆外行星勘測人造衛(wèi)星（TESS又是Transiting Exoplanet Survey Satellite的縮寫）檢測到的具有候選行星的恒星（使TOI成為一個(gè)嵌入縮寫的縮寫詞；這并不重要，但出于某種原因，它們讓我崩潰）。

TESS衛(wèi)星探測器 圖源：百度百科

當(dāng)被觀測行星直接通過其母恒星前面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)迷你的食，我們稱之為凌，只有當(dāng)我們看到軌道邊緣時(shí)才會(huì)發(fā)生這種情況。因此TESS去尋找那些周期性的亮度減弱現(xiàn)象來探測行星。除那之外，行星的時(shí)期（行星的年份）和它的大小也能被找到 — 更大的行星會(huì)阻擋更多的光。

當(dāng)天文學(xué)家分析TESS對(duì)TOI-178的觀測時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)有6顆行星繞恒星運(yùn)行，而外5顆行星的運(yùn)行周期互為簡單倍數(shù)。

這些行星通過TOI-178g被命名為TOI-178b(第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的行星是由恒星的名字加上一個(gè)小寫字母b命名的)。按照行星和地球的日歷計(jì)算，行星的周期依次是b= 1.91, c = 3.24, d = 6.56, e = 9.96, f = 15.23, and g = 20.71。

來看看這些數(shù)字：d行星繞恒星軌道的運(yùn)行周期近似c行星的兩倍，也就是說c繞恒星轉(zhuǎn)兩圈的時(shí)間d繞著軌道轉(zhuǎn)一圈。e行星的周期是c的三倍，所以行星c每轉(zhuǎn)3圈，e轉(zhuǎn)一圈。行星f每轉(zhuǎn)2圈，e轉(zhuǎn)3圈。還有，g每轉(zhuǎn)3圈，f轉(zhuǎn)4圈。

當(dāng)一顆行星有簡單倍數(shù)的運(yùn)行周期時(shí)（一個(gè)數(shù)字可以被表示為一個(gè)分?jǐn)?shù)和兩個(gè)整數(shù)，比如2/3或者5/4）我們說它們?cè)诠舱?。在這種情況下，這是一個(gè)帶著所有外5顆行星在簡單倍數(shù)周期里運(yùn)行的共振鏈。

演示動(dòng)畫

這個(gè)TOI-178系統(tǒng)的動(dòng)畫展示出一種無論何時(shí)外5顆行星中的一顆完成一半或者全軌道的步調(diào)，每一顆行星都帶有一種不同的步調(diào)。因?yàn)樾行擒壍赖闹芷谑腔楹唵伪稊?shù)的，這種模式有規(guī)律地重復(fù)。圖源： ESO/L. Cal?ada

我們了解幾個(gè)這樣的系統(tǒng)；加上TOI-178系統(tǒng)數(shù)量達(dá)到5個(gè)。從某種意義上來說，它們的形成是很自然的，也很容易。行星從恒星周圍的氣體和塵埃盤中形成，當(dāng)它們的星盤相互作用時(shí)，他們的軌道會(huì)隨之變化。它們傾向于慢慢地靠近恒星。但當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，它們會(huì)進(jìn)入共振模式，并且它們之間的引力相互作用會(huì)增強(qiáng)共振。如果一個(gè)行星移動(dòng)太快，外面那顆行星會(huì)把它往回拉一點(diǎn)，反之亦然。

另一方面，當(dāng)你有一個(gè)像這樣的五行星在一條鏈上的模型，那也是一個(gè)很易碎的玩意；如果有一顆星球稍微有一點(diǎn)偏離，它都會(huì)完全脫離舞蹈軌跡，行星的周期將發(fā)生變化，擾亂共振。關(guān)于它們是如何形成的，有話這樣說道：讓它們進(jìn)入軌道這肯定是一個(gè)相對(duì)溫和的過程。如果這來了個(gè)大行星猛拉它們，那就會(huì)破壞鏈條。這顆恒星大概70億歲，所以這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定了很長一段時(shí)間。

我會(huì)注意到這些行星是非常接近它們的母恒星的，這就是我們所說的k型星。它們比太陽更小更冷。但它們也離得很近，被恒星灼烤著。

地球（左）和海王星（右）之間的大小比較 ?圖源：NASA / jcpag2012 at wikimedia

凌也能告訴我們行星的大小。從恒星按順序來看，行星的大小相對(duì)于地球來說依次是b = 1.18, c = 1.71, d = 2.64, e = 2.17, f = 2.38, g = 2.91。它們都比地球大，但比海王星小，所以我們叫它們低端的超級(jí)地球和高端的迷你海王星。但是它們?nèi)蓟煸谝黄?。在我們的太陽系中，較小的行星繞最近的軌道運(yùn)行，大的都較遠(yuǎn)。不是前面提到的那種混亂的情況。

奇怪。但還有更多。為了測量這顆恒星的反射速度，天文學(xué)家用其它望遠(yuǎn)鏡跟蹤了這一發(fā)現(xiàn)，這會(huì)告訴我們行星的質(zhì)量（當(dāng)它們繞著恒星運(yùn)行時(shí)，它們會(huì)拉著恒星，那使恒星陷入一個(gè)復(fù)雜的模式；行星的質(zhì)量越大，恒星就越難拉住它們）。

如果你計(jì)算這些行星的密度（質(zhì)量除以體積），那就更復(fù)雜了。就地球的密度而言（每立方厘米約5.5克，或者說是水密度的5.5倍），按順序，TOI-178的行星密度為 b = 0.91, c = 0.9, d = 0.15, e = 0.39, f = 0.58, g = 0.19。所以里面的兩顆行星比地球的密度低，但是d更低，e比d密度大得多，f密度也比d密度大，然后g更低。這些數(shù)據(jù)參差不齊。

描繪了六行星系統(tǒng)圍繞恒星TOI-178的作品

圖源：ESO/L. Cal?ada/spaceengine

密度很重要，因?yàn)樗鼤?huì)告訴你行星的種類。天然氣巨星的密度高達(dá)0.2左右個(gè)地球的密度，巖石/金屬行星跟地球密度相近。我們可以看到它們的順序是混亂的，跟我們太陽系完全不同。這很難解釋，而且告訴著我們一些關(guān)于地球是如何形成的信息。我們只是還不知道到底是什么。

我很高興我們發(fā)現(xiàn)的這些系統(tǒng)都跟我們的不同。我本來打算說“奇怪”，但我想知道（原因）。如果一個(gè)系統(tǒng)的距離只有200光年遠(yuǎn)，那意味著像這樣的系統(tǒng)是很常見的；如果它們非常罕見，在這么近距離可能性極小。

或許我們也是個(gè)奇怪的系統(tǒng)。我認(rèn)為那也是值得興奮的?？赡芪覀兛雌饋碛X得很正常，那是因?yàn)槲覀円呀?jīng)習(xí)慣了，這就是我們觀點(diǎn)的基礎(chǔ)。

如果那里有道德課，呃，或許我們更應(yīng)該多聽聽宇宙的聲音。

BY:Phil Plait

FY:Estrelas

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