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科學家發現宇宙謎團:比木星大、輕如棉花糖的行星

在浩瀚的宇宙中,充滿了神秘又令人著迷的現象,有待人類探索。天文學家最近發現,在距離地球約1,232 光年的遠方,有一顆「超級鬆散」的系外行星(Exoplanet),密度有如棉花糖,是人類迄今觀測到質量第二輕的行星。

《自然天文學》(Nature Astronomy)期刊今年5月14日發表了由比利時列日大學(University of Liege)、麻省理工學院和西班安達盧西亞天體物理研究所合撰的論文,介紹了這顆密度極低的系外行星,相信有助科學家了解行星的演化。

這顆行星名為WASP-193b,體積大約比另一顆巨型氣態行星木星的1.5倍,但總質量則僅為木星的14%,密度估計約為每立方厘米0.059克──木星的密度接近每立方厘米1.33克,地球是5.51克。

科學家形容,與這顆新發現行星密度最接近的其中一種物料是棉花糖,密度約為每立方厘米0.05克。

論文第一作者、列日大學 EXOTIC 實驗室博士後研究員哈立德‧巴爾考伊(Khalid Barkaoui)解釋,這顆行星呈鬆散輕盈的形態,因為它主要由輕質氣體構成,而不是固體。

巴爾考伊說:「WASP-193b 是迄今發現密度第二低的系外行星,密度僅次於開普勒-51d(Kepler-51d),但該顆行星體積更小,在迄今發現的5,000多顆系外行星中,它是真異類。已有的氣態巨星模型也無法解釋為何它的密度如此低。」開普勒-51d是海王星類型(Neptune-Like Planet ,或稱氣態矮星和過渡行星)的行星。

WASP-193 b圍繞其恒星WASP-193運行的距離約為 630 萬哩,約為地球與太陽之間距離的0.07倍。這意味著它僅用6.2個地球日就圍繞恒星WASP-193 運行一周。

這顆新發現行星最初是由「廣域系外行星搜尋」( Wide Angle Search for Planets,簡稱WASP)系統發現的。WASP是由學術機構組成的國際合作組織,觀測太陽系周圍的恒星,在北半球和南半球分別設有自動的觀測站(robotic observatory),運用望遠鏡陣列,不斷觀測天空上成千上萬恒星的亮度。

WASP在南半球的觀測系統於2006至2008年,以及2011至2012年間,收集到來自恒星 WASP-193 的周期性凌星(Astronomical transit ,即一個天體從另一個天體前方經過,遮蔽了後方天體的一小部分)現象,或光線減弱。天文學家確定,恒星亮度下降的周期6.25天,顯示有一顆行星繞著WASP-193恒星運行。

其後,研究團隊用行星發出訊號波長和光譜儀收集到的光譜,測量到行星的質量,令研究人員驚訝的是,結果顯示該行星的密度極低。

論文另一位作者、麻省理工學院教授朱利安‧德‧維特(Julien de Wit)說:「這顆行星如此輕盈,幾乎完全是氣體,也因此它與棉花糖類近,可說是超級蓬鬆。」

研究人員推測,這顆行星主要由氫氣和氦氣組成,就像銀河系中其他氣態巨星一樣。這些氣體可能形成巨大的膨脹大氣層,但科學界對行星怎樣能膨脹得如此之大,又可以形成,仍然無法解答。

WASP的觀測站。
WASP的觀測站。

太陽系八大行星按物理性質可以分為兩大類,一類叫岩質行星(rocky planet),也稱類地行星(terrestrial planet),水星、金星、地球、火星均屬於這類,特點是體積和質量都較小,但密度較高,有堅硬的岩石外殼,就像一顆岩石球。

木星、土星、天王星、海王星則屬於氣態巨行星(Gas Giant),特點是體積和質量較大、密度較低、没有岩石外殼、表面都是氣體,因此像一團巨大的氣體。由於木星是這類行星的典型代表,所以氣態巨行星也稱為類木行星(Jovian planets)。它們還有其他共同點,如溫度較低、有光環等。

西班牙安達盧西亞天體物理研究所(Instituto de Astrofisica de Andalucia)的天文學家弗朗西斯科‧波蘇埃洛斯(Francisco Pozuelos)補充說:「我們不知道根據現有行星形成理論,這顆行星應如何歸類,也無法解釋這顆行星是如何形成的。」

巴爾考伊總結:「WASP-193b是一個宇宙謎團,要解釋需要更多觀測和理論工作。」

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