众所周知,行星按照表面状态一般可以分为两种:气态行星和固态行星。

纵观太阳系行星,我们发现气体行星普遍体积较大,如木星、土星、天王星、海王星;而固体行星相对较小,如地球、金星、火星和水星。

即使在我们的太阳系之外,系外行星也遵循类似的模式。通过对已知系外行星的观测,我们可以推断出它们的大致直径和质量,并发现这种现象也适用于这些行星。虽然目前还没有完全准确的理论来解释这种情况,但科学家们认为,体积大的行星一般都是气态行星,而体积小的行星一般都是固态行星,分界线大约是地球质量的2.5倍。

不过,凡事总有例外。最近,科学家们确实发现了一颗特立独行的系外行星。

这颗行星叫做TOI-849b,距离我们大约730光年。今年年初,美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星(TESS)发现了它。TESS用来寻找系外行星的方法就是我们所说的凌日法。它可以通过系外行星凌日引起的恒星亮度微弱下降来确定系外行星的存在。同时,也可以用这种方法来估计系外行星的一些参数。

体积方面,比Neptune略小。因此,科学家的第一直觉就是这是一颗气体行星。然而,当他们计算出它的质量时,他们惊讶地发现它比海王星质量的两倍还重。

那么,科学家是如何计算出TOI-849b的质量的呢?

我们知道天体之间存在引力。当TOI-849b位于宿主恒星周围的不同位置时,会导致宿主恒星产生轻微的摄动效应,进而引起恒星光谱的变化。通过多普勒光谱仪,我们可以知道行星与恒星的质量比。同时,我们知道它的主星质量,所以很容易计算出它是地球质量的39.1倍。

经过计算可以发现,它的密度大约是每立方厘米5.2克,几乎和太阳系中密度最大的两颗行星金星和地球差不多!英国华威大学天文学家戴维·阿姆斯特朗指出:“在与它同等大小的行星中,它已经是我们所知道的最重的了。对于像海王星这样大的天体,它的密度太高了。我们知道由此看来,这个星球一定有一段不寻常的历史。”

TOI-849b惊人的密度清楚地告诉我们,它很可能拥有固体表面。然而,它的体积已经远远超出了我们对岩石行星的认知。为什么它会有这么巨大的固体呢?

科学家们相信造成这种现象的原因可能有两种,第一种可能是它本身就是一颗岩石行星,而岩石行星的理论体积应该比我们之前的认知要大;一种可能是它原本是一颗更大的气体行星,但大气层被剥离,只留下一个巨大的核心。科学家们用冥府行星这个名字来指代这颗只有内部的行星“

在此之前,亡灵星球只存在于理论上,没有人曾经居然发现了这种星球。这一次,科学家认为TOI-849b证明了这颗天体的存在。阿姆斯特朗信心满满地说:“这是我们第一次发现一颗恒星周围核心完全裸露的气态巨行星。”

他说:“TOI-849b是迄今为止发现的最大的岩石表面行星——它的密度接近地球,我们推测这样一颗巨大的行星在形成过程中会吸积大量的氢和氦,最终成长为类似木星的天体。然而,事实上,我们并没有发现这些气体,这告诉我们它是一个暴露在宇宙中的行星核心。”

他们之所以有这样的猜测,是因为TOI-849b确实处于这样的环境中。据观测,它围绕一颗类似太阳的主星公转,周期只有18小时。即便是太阳系最内层的行星水星,其公转周期也是水星的近120倍。可以看出,TOI-849b距离宿主星非常近。

在如此近的距离内,TOI-849b每天都受到宿主星高温灼热而强大的辐射,其表面温度高达1800开尔文(1530摄氏度)。

科学家推测,TOI-849b原本有类似木星的大气层,只是被完全剥离了。从理论上讲,这应该与宿主星有着密切的关系。恒星的高温不断蒸发行星的大气层,并以强大的辐射将其吹走。然而,科学家们认为,这还不足以解释为什么TOI-849b失去了所有大气层。可能还有其他因素也参与了这个过程,比如与另一颗巨行星的碰撞。

此外,他们还提出了另一种可能性:TOI-849b原本以气态巨行星的模式生长,但由于它的形成时间相对较晚,周围的原行星盘内没有足够的气体,因此核心的形成戛然而止。

阿姆斯特朗指出:“两者都有可能,TOI-849b要么曾经是一颗气态巨行星,要么就是‘失败的’气态巨行星。这是我们第一次发现这样的行星,也是我们第一次有这个机会,就是以我们太阳系无法获得的方式观察一颗气态行星的核心。正是这样的结构。今天,这样一个生动的例子就这样赤裸裸地展现在我们面前。我们不需要穿透它厚厚的大气层来研究它的内部结构,TOI-849b已经揭开了最深的秘密。

这就是科学家如此兴奋的原因。或许,随着我们发现和了解越来越多像TOI-849b这样的不死行星,太阳系气态行星的秘密就会被一点点揭开。科学家们绝不会错过这样一个绝好的机会。