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热木星

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艺术家想像下的一颗热木星-因自身的热而发出红光。
艺术家想像下的一颗热木星-因自身的热而发出红光。

热木星(英语:Hot Jupiters),亦称为烤炉行星roaster planets[1]恒星侧木星epistellar jovians[2][3]飞马星(pegasids)[4][5][6][注 1],是一种系外气体巨行星。它们的质量接近或超过木星(1.9 × 1027 kg)[8],但与太阳系中的情况不同:木星的轨道半径是5天文单位,成为热木星的行星轨道与母恒星距离在0.5至0.015天文单位以内,大约只是太阳系内水星到太阳距离的八分之一至金星到太阳距离。[9]

关于热木星的形成有两大说法:迁移说和原位形成说,其中迁移说受到更广泛的接受。迁移说认为,热木星是在冻结线外形成的气态巨行星,之后移入恒星系的内层轨道。原位形成说认为热木星原本是一颗超级地球行星,逐渐吸附气体成为气态巨行星,原来的类地行星成为巨行星的固态核心。

形成和演进

天文学界对热木星的起源有两大观点:迁移说和原位形成说,迁移说是目前学界流行的理论[10]

迁移说认为,在恒星系的早期阶段,热木星先是在恒星系冻结线外由岩石、冰块、气体聚合形成。行星形成后,热木星轨道内移,在距离恒星很近的地方形成稳定轨道。热木星可能是通过II型迁移移动进入内层轨道[11][12][13],也可能是因为受到了其他大质量天体干扰才进入内层轨道[14]。像大迁徙假说指出太阳系木星也曾迁移,若无与随后的土星产生重力交互作用,也有可能变成热木星。

原位形成说认为,热木星原本是超级地球形的岩石行星,在形成后逐渐吸附周围气体形成气态巨行星,原来的岩石行星成为巨行星的固态内核。根据推算,固体表面的密度要达到104 g/cm2才可能成为气态巨行星的内核,因此这一学说受到质疑[15][16][17]

因热木星十分靠近恒星,它们的大气层可能会因为热量被逐渐剥离。在大气层被完全剥离之后,它们残留的核可能成为冥府行星[18]。但目前尚未实际发现冥府行星,因此这一理论目前还属于假说。

共同特性

迄2004年8月31日发现的热木星(沿着左边边缘,包括红色的小点)。
迄2004年8月31日发现的热木星(沿着左边边缘,包括红色的小点)。

热木星有一些共同的特性:

  1. 对于处于整个它们所在的行星系之外的观察者来说,它们比具有相同的质量,但处于离所围绕的恒星更远轨道上的行星,凌日的机会更高。[8]
  2. 由于高度的日照率使得密度低于预期。并且由于凌日的时候背景造成的周边昏暗效应,使半径难以测量,而行星的初切和终切的边界也难以测量。
  3. 都是经历了行星迁移之后才存在于现在的位置。因为在如此紧挨恒星的位置上没有足够的材料原位生成质量如此巨大的行星。[19]
  4. 轨道离心率都很低。这是因为它们的轨道都是圆形,或是经历天秤动的过程而圆化。这也造成行星的公转与自转同周期相同,因此总以同一面朝向恒星,称为潮汐锁定[20]

通过径向速度的方法,热木星是最容易发现的系外行星,因为它们造成母恒星运动上的摆动,比其他类型的行星更为明显。

系统中的类地行星

模拟显示,一颗木星大小的行星在圆形星盘内的迁移(在恒星距离5天文单位至0.1天文单位之间),不如像一般人想像的具有毁灭性。超过60%的固体物质,包括能够形成原行星盘的星子和原行星,会被气体巨星驱离[21]。在模拟中,在热木星通过之并且轨道稳定在0.1天文单位的距离后,2个地球质量大小的行星会在适居带的区域内出现。由于混合了从冻结线之外被带入至内太阳系内的材料,模拟显示在热木星通过之后才形成的类地行星,含有的水分特别多[21]

逆行轨道

不少已被发现的热木星均有着一个逆行轨道,而这导致天文学家们对热木星的形成产生了疑问。[22]虽然这些热木星的轨道可能被影响了,但天文学家们却相信是恒星因恒星磁场和行星形成盘之间的作用力,而使其自转相反了,才导致这些热木星有着一个逆行轨道。[23]

蓬松行星

虽然开普勒7b的质量只有木星的一半,但其体积还比木星大得多[24]
虽然开普勒7b的质量只有木星的一半,但其体积还比木星大得多[24]

质量极低的热木星被称为蓬松行星(puffy planets)或热土星(hot Saturns),全因它们的密度与土星相若。至今,天文学家已发现六个蓬松行星,它们分别是:HAT-P-1b[25]柯洛1bTrES-4WASP-12bWASP-17b开普勒7b[26]这些蓬松行星的质量皆小于半个木星。若蓬松行星的质量接近木星,那么其重力就会将行星大小压缩到接近木星的大小。[27]

卫星

理论上,热木星很可能没有任何天然卫星,全因其希尔球太小和恒星的潮汐力影响,导致热木星无法稳定其卫星。尽管热木星有卫星,但这些卫星的大小将会与小行星大小差不多。[28]

注释

  1. ^ 以首次发现的飞马座51b来命名归类[7]

参考文献

  1. ^ Sharp, A. G.; Moses, J. I.; Friedson, A. J.; Fegley, B.; Marley, M. S.; Lodders, K., Predicting the Atmospheric Composition of Extrasolar Giant Planets (PDF), 35th Lunar and Planetary Science Conference (Lunar and Planetary Science Conference), 2004, 35: 1152 [2013-11-24], Bibcode:2004LPI....35.1152S, (原始内容 (PDF)存档于2016-03-03) 
  2. ^ Darling, David, epistellar jovians, The Internet Encyclopedia of Science 
  3. ^ Odenwald, Sten, What is an "Epistellar Jovian Exoplanet"?, The Astronomy Cafe 
  4. ^ Interiors of extrasolar planets: A first step (PDF), Astronomy & Astrophysics, 2006-05-30 
  5. ^ Than, Ker, Inside Exoplanets: Motley Crew of Worlds Share Common Thread, Space.com, 2006-06-05 
  6. ^ 恒星世界也流行“有其父必有其子”?. 台北市立天文科学教育馆. 2006-06-05. (原始内容存档于2006-10-14). 
  7. ^ Fabienne Casoli, Thérèse Encrenaz. The New Worlds: Extrasolar Planets. Springer. 2007-04-25: 180. ISBN 978-0-387-44907-4. 
  8. ^ 8.0 8.1 Flipping Hot Jupiters : Northwestern University Newscenter
  9. ^ Mathiesen, Ben, 'Hot Jupiter' Systems may Harbor Earth-like Planets, PhysOrg.com, 2006-03-19 
  10. ^ Dawson, Rebekah I.; Johnson, John Asher, Rebekah I.; Johnsom, John Asher. Origins of Hot Jupiters. 2018. arXiv:1801.06117. 
  11. ^ D'Angelo, Gennaro; Durisen, Richard H.; Lissauer, Jack J. Giant Planet Formation. (编) Seager, Sara. Exoplanets. University of Arizona Press. December 2010: 319–346. Bibcode:2010exop.book..319D. ISBN 978-0-8165-2945-2. arXiv:1006.5486. 
  12. ^ D'Angelo, G.; Lubow, S. H. Evolution of Migrating Planets Undergoing Gas Accretion. The Astrophysical Journal. 2008, 685 (1): 560–583. Bibcode:2008ApJ...685..560D. arXiv:0806.1771. doi:10.1086/590904. 
  13. ^ Lubow, S. H.; Ida, S. Planet Migration. (编) S. Seager. Exoplanets. University of Arizona Press, Tucson, AZ. 2011: 347–371. Bibcode:2011exop.book..347L. arXiv:1004.4137. 
  14. ^ Knutson, Heather A.; Fulton, Benjamin J.; Montet, Benjamin T.; Kao, Melodie; Ngo, Henry; Howard, Andrew W.; Crepp, Justin R.; Hinkley, Sasha; Bakos, Gaspar Á. Friends of Hot Jupiters. I. A Radial Velocity Search for Massive, Long-period Companions to Close-in Gas Giant Planets. The Astrophysical Journal. 2014-01-01, 785 (2): 126. Bibcode:2014ApJ...785..126K. ISSN 0004-637X. arXiv:1312.2954. doi:10.1088/0004-637X/785/2/126 (英语). 
  15. ^ Rafikov, Roman R. Atmospheres of Protoplanetary Cores: Critical Mass for Nucleated Instability. The Astrophysical Journal. 2006-01-01, 648 (1): 666–682. Bibcode:2006ApJ...648..666R. ISSN 0004-637X. arXiv:astro-ph/0405507. doi:10.1086/505695 (英语). 
  16. ^ Hayashi, Chushiro. Structure of the Solar Nebula, Growth and Decay of Magnetic Fields and Effects of Magnetic and Turbulent Viscosities on the Nebula. Progress of Theoretical Physics Supplement. 1981-01-01, 70: 35–53. Bibcode:1981PThPS..70...35H. ISSN 0375-9687. doi:10.1143/PTPS.70.35. (原始内容存档于2015-02-19) (英语). 
  17. ^ D'Angelo, G.; Bodenheimer, P. In Situ and Ex Situ Formation Models of Kepler 11 Planets. The Astrophysical Journal. 2016, 828: in press. Bibcode:2016ApJ...828...33D. arXiv:1606.08088. doi:10.3847/0004-637X/828/1/33. 
  18. ^ Exoplanets Exposed to the Core. 2009-04-25 [2009-04-25]. 
  19. ^ Characterizing the Cool KOIs II. The M Dwarf KOI-254 and its Hot Jupiter[永久失效链接]: John Asher Johnson, J. Zachary Gazak, Kevin Apps, Philip S. Muirhead, Justin R. Crepp, Ian J. M. Crossfield, Tabetha Boyajian, Kaspar von Braun, Barbara Rojas-Ayala, Andrew W. Howard, Kevin R. Covey, Everett Schlawin, Katherine Hamren, Timothy D. Morton, James P. Lloyd
  20. ^ Chambers, John. Planet Formation with Type I and Type II Migration. AAS/Division of Dynamical Astronomy Meeting. 2007-07-01. Bibcode:2007DDA....38.0604C. 
  21. ^ 21.0 21.1 Fogg, Martyn J.; Richard P. Nelson. On the formation of terrestrial planets in hot-Jupiter systems. A&A. 2007, 461: 1195–1208. arXiv:astro-ph/0610314v1. 
  22. ^ Turning planetary theory upside down, ESO Press Release (Royal Astronomical Society), 2010-04-13: 16, Bibcode:2010eso..pres...16 
  23. ^ Tilting stars may explain backwards planets, New Scientist, 01 September 2010, Magazine issue 2776.
  24. ^ Summary Table of Kepler Discoveries. NASA. 2010-03-15 [2010-03-18]. 
  25. ^ Ker Than. Puffy 'Cork' Planet Would Float on Water. Space.com. 2006-09-14 [2007-08-08]. 
  26. ^ Puffy planet poses pretty puzzle. BBC News. 2006-09-15 [2010-03-17]. 
  27. ^ Chang, Kenneth. Puzzling Puffy Planet, Less Dense Than Cork, Is Discovered. The New York Times. 2010-11-11. 
  28. ^ "Stability of Satellites around Close-in Extrasolar Giant Planets

相关条目

外部链接

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