0.04 克 / 立方厘米。
这是一个密度数字,它到底有多离谱?作为对比:水的密度是 1 克 / 立方厘米,地球是 5.5,木星是 1.33。而棉花糖,那种在游乐园机器里飞旋出来的糖丝团,密度大约在 0.05 上下。也就是说,0.04 这个数字,意味着有东西比棉花糖还轻。
现在,请你想象一颗木星那么大的东西,浑身就是 0.04。
天文学家最近就发现了这样的怪家伙,而且一次就是两颗。它们被命名为 TOI‑791 b 和 TOI‑791 c,绕着同一颗恒星转,地理位置在南天飞鱼座方向约 1110 光年外。不夸张地说,这两颗行星几乎重新定义了“行星”这个词的下限。
先说一个最扎眼的事实:它们是“超级蓬松球”
天文学界给这类星球起了个昵称叫“super puffs”——超级蓬松星。名字可爱,实物更离谱。TOI‑791 b 和 TOI‑791 c 个头都跟木星差不多,一个直径接近木星,另一个也差不多。但如果你把它们的质量和体积放在一起算,就会得到一个令人发笑的密度:每立方厘米仅仅 0.04 克。这比木星低了大约 30 倍,比地球上你能找到的任何固体都轻得多。什么概念呢?用生活语言翻译一下:如果有一个足够大的浴缸盛满水,木星会沉下去,而这两颗行星大概会直接浮在水面上——准确地说,它们都不算浮,因为本身更像是行星形状的云,你甚至没法划出它们的“表面”。
说它们是云一点都不为过。研究人员自己也承认,这俩由极其稀薄的气体构成,与其说像一颗行星,不如说像一团被引力勉强收拢的巨型气团。你会好奇,这样的东西也能被称作行星?答案是可以,因为它确实绕着恒星转,也足够大,只是轻得过分。
再讲一个更怪的事:它们是兄弟,还在跳引力探戈
如果只有单独一颗超轻行星,或许还能用巧合解释,但这俩偏偏在同一颗恒星周围,几乎同一时间诞生,来自同一片气体尘埃盘。它们的轨道还玩起了精密配合——内侧行星每转 5 圈,外侧行星刚好转完 3 圈,仿佛踩着节拍,半步不乱。天文学家管这种节奏叫轨道共振,恰好 5:3。
这种共振不是摆在那里好看的,它给了科学家一把“称重”的钥匙。两颗行星在绕行过程中,彼此会轻轻拉动对方,就像两个人在转圈跳舞时互相扯一下袖子。这种引力互动会导致它们每一次从恒星前方经过的时刻微微提前或推迟,时差最多不过几分钟甚至几秒钟,但足以让两个家伙的体重不打自招。
通常给行星称重不是件容易事,尤其是这个密度级别。传统的径向速度法(看恒星因行星引力而摇晃)到了这么轻的行星身上基本失声,因为信号太弱。而这两颗靠着“互相拆台”的方式提供了质量信息,配合凌星法测出的个头,才最终得到那个让人跌破眼镜的密度。
发现过程本身带着“民间科学家”的影子
最先注意到它们不是某个大型专业团队,而是一群志愿者。NASA 的 TESS 巡天望远镜在扫视那片天区时,恒星每被行星遮挡一次,微小的亮度下降就会被记录在数据里。这些数据被放到“行星猎人”公民科学平台上,供全球志愿者认领分析。就是这些眼尖的普通网友,发现了 TOI‑791 恒星周期性地闪烁,标记出了两个潜在的凌星信号。随后专业天文学家跟进,确认了这对奇葩的存在。
这事听着有点浪漫:一群白天上着班、晚上刷刷数据的普通人,帮着找到了一种连教科书都还没写进去的行星类型。而如果没有他们的标记,这对蓬松兄弟可能还要在数据海里再漂上几年。
为了看它们一次完整的“亮相”,天文学家动用了南极
关于这两颗行星还有一个隐藏成就:它们促成了地面观测史上最长的单次凌星记录。这两颗行星距离恒星相对较远,从地球视角看过去,它们每次横穿恒星面前都会花上超过 11 个小时——对绝大多数夜晚来说,这太长了。普通天文台一个冬夜也就七八个小时,根本装不下一次完整凌星,天亮太阳一出来就得中断。
于是,研究团队找了个没太阳的地方:南极康考迪亚研究站。这里每年会进入极夜,连续几个月太阳都在地平线之下,天空始终乌黑一片。望远镜支在那儿,可以一口气盯十几个小时不眨眼,把一次完整的凌星从头看到尾。这么一来,科学家第一次在地面上无间断地记录了如此之长的凌星过程,实打实地把行星大小和轨道数据夯实了一遍。
这种观测办法听起来有点极端的浪漫:为了看清两团比棉花糖还轻的云的影子,不远万里跑到地球上最冷最黑的地方去等一个没有日出的晚上。
但它们到底怎么长成这样的,至今还是个谜
行星形成模型在面对 0.04 这个数字时基本集体沉默。按现有理论,这么大的行星要么先形成致密岩石核心再吸积气体,要么在气体盘中直接塌缩,可无论哪种路数,都不该搞出膨胀到棉花糖级别的成品。有人猜测它们可能正处在快速蒸发阶段,外层大气被恒星风使劲往外吹,就像一颗正在漏气的气球,暂时撑出一团庞大而稀薄的轮廓。也有人怀疑极端的轨道迁移或者碰撞史留下了痕迹。目前只能推测,这对蓬松兄弟或许正处于短暂的“青春期”,而我们恰好撞见了它们一生中最夸张的时刻。至于真相如何,还需要更多数据和更敢想的脑袋来揭晓。
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