熱木星會引起母星自轉軸擺動

英國劍橋大學（University of Cambridge）天文學家Nikku Madhusudhan等人透過哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）尋找並研究系外行星大氣中的水汽，結果發現有3顆系外行星水汽含量比原本預期的還低很多。

這3顆系外行星分別為HD 189733b、HD 209458b和WASP-12b，距離介在60光年至900光年之間，三者均為熱木星（hot Jupiter），即類似木星的氣體巨行星，但非常接近其母恆星，使得其表面溫度偏高，介在攝氏540度至2200度之間，所以是尋找水汽的好目標。他們的確在這些系外行星的大氣中找到水汽了，然而結果卻讓這些天文學家相當驚訝，因為這些系外行星大氣中的水汽含量僅有標準行星形成理論所預測的1/10至1/1000而已。這個結果，顯然讓現行的標準行星形成理論相當難堪，必須進行檢討與修正，尤其是熱木星的部分。

雖然水汽含量不若預期，好在他們的確在系外行星大氣中發現水汽，而這3顆又是很靠近母恆星而使表面溫度偏高的熱木星，這意味著在距離母恆星稍遠一些的適居區中，在地球級大小的系外行星表面偵測到水的存在是極有希望的。只不過未來太空望遠鏡上用來偵測系外行星大氣中水汽的儀器，其靈敏度必需再提高，才能應付這些比預期還乾燥許多的狀況，或是質量比熱木星小許多、比較沒辦法留住水分的超級地球。

之所以先挑選這三顆系外行星做為主要目標，是因為它們的母恆星比較亮，較容易取得它們的紅外光譜。恆星星光穿過行星大氣時，會被行星大氣中的水汽吸收部分星光而形成吸收譜線，這些天文學家便可透過譜線來估計行星大氣中的水汽含量。

現行較為人接受的太陽系中巨行星形成理論是所謂的核吸積理論（core accretion），在恆星非常年輕的時期，主要由氫、氦、冰粒和塵埃組成的原行星盤中，塵埃彼此沾黏聚集成長成愈來愈大的塵粒，最終形成一個固態核心；而後這個固態核心便能飛快地聚積固態和氣態物質，直到一顆巨行星誕生。

這個理論預期行星上不同元素所佔的比例比其母恆星還多，特別是氧元素。一旦巨行星形成之後，其大氣中的氧元素會與氫元素結合而形成水分子。然而，Madhusudhan等人的低水汽含量偵測結果，顯示行星形成過程中的化學組成顯然與理論預期的不相同，顯示核吸積理論必須予以修正，才能符合實際觀測結果。

資料來源：Hubble Finds Three Surprisingly Dry Exoplanets. HubbleSite [24 July,  2014]

轉載自 網路天文館

2012年系外行星界的最大新聞或許是從克卜勒太空望遠鏡（Kepler）釋出的觀測資料，發現銀河系中的地球級岩質系外行星相當普遍，很可能每顆恆星旁都至少有一顆這樣的岩質行星。但對於大一點、那些所謂的「熱木星（Hot Jupiters）」—與我們太陽系中的木星類似且非常靠近母恆星的氣體巨行星，有最新研究顯示：與那些小型的岩質行星相較之下，這些熱木星或許是稀有品種。

由於熱木星質量大且靠近母恆星，對母恆星的重力擾動比較容易偵測得到，因此事實上天文學家最先發現的系外行星就是熱木星，這種偵測方式稱為「徑向速度法（radial velocity method）」；後來才因克卜勒任務的關係而陸續偵測到小型岩質行星。加州理工學院（Caltech）天文學家John Johnson等人，分析克卜勒太空望遠鏡的觀測資料後卻發現：木星級的大型氣態行星並沒比地球級的小型岩質行星容易偵測到。

克卜勒太空望遠鏡是以「凌日法（transit）」來偵測系外行星，也就是行星經過恆星前方時，會使恆星亮度稍微下降的現象。不過，Johnson等人小心分析比較克卜勒所偵測到的熱木星凌日資料，與地面望遠鏡以徑向速度法偵測到熱木星的發現率，結果發現克卜勒資料中所發現的熱木星比例低到不可思議的地步。

對於這個異常現象可能的解釋之一，是這些熱木星必須在特定的恆星周圍才能成長。當一顆恆星形成後，其誕生地殘餘的氣體塵埃雲中所含有的重元素比例有的高、有的低。有個理論認為：重元素含量（即所謂的「金屬豐度，metallicity」）較高的恆星比較容易形成類似木星的氣體巨行星。

Johnson表示：徑向速度法所搜尋的恆星絕大部分都在太陽附近。我們可能恰好處在銀河系一個金屬豐度比較高的部分，因此在太陽鄰近區域搜尋到的熱木星比較多。相對的，克卜勒任務所偵測的恆星範圍廣泛，並不侷限在太陽鄰近區域，由此可知，熱木星的數量可能並不如先前認為的那樣普遍。

Johnson等人目前計畫嘗試要在克卜勒任務觀測的天區進行系外行星金屬豐度的測量，看看它們的金屬豐度是否比較低。測量結果或許就可以解釋為何克卜勒任務所發現的熱木星級系外行星比預期中還少的狀況，並證實我們太陽系是否真的恰好處在銀河系中金屬豐度比較高的區域。更甚者，如果木星級系外行星真的比認為的還要稀少，那麼我們的太陽系或許就是個「不正常」的行星系統。

資料來源：Where are the giants? NASA JPL [August 08, 2012]

轉載自 網路天文館

目前已確認的系外行星數量多達800顆左右，找到具有特殊意義的系外行星，似乎變得愈來愈難，愈來愈遠。發現多重行星系統已經不是新聞，發現質量比地球小的系外行星也已經聽到很多次，偵測到系外行星有大氣層也已經不太能引起大眾的驚艷。不過，最近有篇論文卻找到系外行星研究領域的另一個「突破點」：首度在疏散星團中偵測到熱木星（hot Jupiter）。除了發現地點讓人覺得新奇外，還因發現熱木星的這個疏散星團是對天文學家具有特殊意義、非常著名的蜂巢星團（Praesepe, 或Beehive Cluster，M44，又稱鬼宿星團或馬槽星團）。

這項發現是由美國喬治亞州立大學（Georgia State University）的天文學家Samuel Quinn等人，藉由「擺動法（wobble）」來偵測系外行星，也就是母恆星受其行星的重力擾動，使得恆星的位置隨行星公轉而週期性來回擺動，如此一來，這顆恆星的光譜譜線也會隨之週期性的來回擺動，天文學家因而得以從譜線的移動來反推這顆恆星是否具有行星、行星的公轉週期與可能的質量下限等等訊息。所謂的「熱木星」是指那些質量與木星差不多，且因非常接近其母恆星而使其公轉週期非常短、表面被母恆星加熱到高溫狀態的氣體巨行星。

Quinn等人之所以挑選巨蟹座M44星團的主因，是因為它夠近，僅約577光年左右，但星團成員數量多達1,000顆以上，其中許多恆星都與太陽相似。此外，這個星團的金屬豐度比平均值還高，是可能具有行星系統的特徵之一；再者就是天文學家曾對此星團做過比較詳盡的研究，可取得比較精確的星團形成年齡等訊息。

天文學家也曾在其他疏散星團奮鬥過，但迄今僅在兩顆巨星旁發現行星，且行星距離其母恆星都很遠，並非所謂的熱木星。居然只有發現這麼少的疏散星團恆星擁有行星，讓天文學家們覺得很奇怪，因為目前認為恆星幾乎都是在星團中形成，而後有些逐漸擴散鬆開，才有部分恆星成為像太陽一樣的單星，因此按理來說，星團中的恆星擁有行星的比例應該幾乎與單星相同。

這些天文學家利用位在美國亞利桑納州霍普金斯山（Mt. Hopkins）上的惠爾普天文臺（Fred L. Whipple Observatory）1.5米 Tillinghast反射式望遠鏡來觀測M44裡的其中53顆恆星，結果在其中兩顆還在主序星階段的恆星旁發現2顆靠母星很近的熱木星，其中一顆熱木星Praesepe 0201b（縮寫為Pr0201b），質量下限約為木星的0.54倍，繞母星一周約需4.426天；其母恆星Praesepe 0201（Pr0201）是顆F型矮星，視亮度約10.52等，質量約為1.234倍太陽質量，表面溫度約6174K，比太陽的5778K高一些。另一顆Praesepe 0211b（Pr0211b）的質量下限則約為木星的1.844倍，環繞母星公轉一周約為2.145天；其母星Praesepe 0211（Pr0211）是顆與太陽相同的G型矮星，視亮度約12.06等，質量約為太陽的0.952倍，表面溫度約5326K，比太陽略低。

這項發現將有助於天文學家逐步縮減在年輕的星團系統中，行星如何形成與遷徙的條件範圍。既然大直量行星一般是在離恆星比較遠、比較冷的地方形成，那麼在鄰近恆星之處發現熱木星，顯示這些大質量行星在形成之後，將逐漸向行星系統內側遷移，才能抵達現在觀測到的位置。向內遷移的時間長短一直是天文學家還搞不定的問題之一；不過，既然目前已知M44星團的年齡僅有6億年左右，而新發現的這兩顆熱木星已經這麼靠近其母恆星，代表大質量恆星形成後向內遷移所需的時間應該短於6億年。

雖然這是第一次在疏散星團中發現靠母恆星很近的熱木星，不過這項發現顯示未來在疏散星團中發現更多熱木星並不是夢想，或許將來所發現的數量將與從疏散星團脫離的單星相差無幾，擺脫先前在疏散星團發現行星數量遠低於預期的矛盾現象。

資料來源：Two “b”‘s in the Beehive. universetoday [AUGUST 14, 2012]

轉載自 網路天文館