在“完美潮汐风暴”中发现辐射系外行星

独孤一山隙

艺术家对HD 104067 b的插图，它是HD 104067系统中最外层的系外行星，可能对最内层的候选系外行星TOI-6713.01产生巨大的潮汐能。来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室加州理工学院

据《今日宇宙》（Laurence Tognetti）：潮汐力会导致系外行星表面辐射热量吗？《天文学杂志》接受的一项研究希望解决这一问题，因为一组国际研究人员使用从地面仪器收集的数据来确认系外行星系统中存在第二颗系外行星HD 104067，同时使用美国国家航空航天局的凌日系外行星调查卫星（TESS）任务来确定另一颗候选系外行星。该研究可在arXiv预印本服务器上获得。

与其他两颗相比，这颗候选系外行星的轨道最内侧，其独特之处在于，外部两颗系外行星表现出的潮汐力可能会导致候选行星的表面辐射，表面温度高达2300摄氏度（4200华氏度），研究人员称之为“完美潮汐风暴”。

《今日宇宙》与加州大学河滨分校行星天体物理学教授、该研究的主要作者Stephen Kane博士讨论了这项了不起的研究，内容涉及研究背后的动机、重要结果、“潮汐风暴”方面的意义、后续研究以及该系统对研究其他系外行星系统的影响。那么，这项研究背后的动机是什么？

“这颗恒星（HD 104067）是一颗已知的在55天轨道上拥有一颗巨大行星的恒星，我长期以来一直痴迷于已知的系统，”凯恩博士告诉《今日宇宙》。“当TESS在2.2天的轨道上探测到一颗可能凌日地球大小的行星（TOI-6713.01）时，我决定进一步检查该系统。我们收集了所有RV数据，发现在13天的轨道中还有另一颗（天王星质量）行星。因此，它从TESS数据开始，然后我们对它的研究越多，系统就变得越来越有趣。”

凯恩博士的系外行星研究史涵盖了无数的太阳系架构，特别是那些包含高度偏心系外行星的架构，但也包括在系统内确认系外行星后的后续工作。最近，他是一项研究的第二作者，该研究讨论了HD 134606系统中修改后的系统架构，并在该系统中发现了两个新的超级地球。

在这项最新的研究中，凯恩博士和他的同事使用了来自高精度径向速度行星搜索器（HARPS）和高分辨率埃切勒光谱仪（HIRES）地面仪器以及上述TESS任务的数据，以确定母恒星HD 105067和绕其运行的相应系外行星的特征和参数。但是，正如凯恩博士所提到的，除了在系统内发现更多的系外行星外，这项研究的最重要结果是什么？

凯恩博士告诉《今日宇宙》，“我们工作中最令人惊讶的结果是，该系统的动力学导致2.2天的时间经历了巨大的潮汐效应，类似于木卫一所经历的潮汐效应。然而，在这种情况下，TOI-6713.01经历的潮汐能是木卫一的1000万倍，导致表面温度达到2600K（2300摄氏度（4200华氏度））。这意味着地球确实在光学波长下发光。”

木星的卫星木卫一是太阳系中火山活动最活跃的行星体，它是由木星在木卫一略微偏心（细长）的轨道上持续1.77天的巨大引力引起的潮汐加热产生的。这意味着木卫一在某些点上离木星越来越近，在其他点上离土星越来越远，分别导致木卫一压缩和膨胀。

数百万年来，木卫一内部的这种持续摩擦导致了其核心的加热，导致木卫一表面形成了数百座火山，也没有可见的撞击坑。正如凯恩博士所提到的，这颗新的系外行星候选者“经历的潮汐能是木卫一的1000万倍”，这可能会对其自身的火山活动或其他地质过程提出更多的问题。因此，TOI-6713.01“潮汐风暴”方面的意义是什么？

Kane博士告诉《今日告诉》：“TOI-6713.01经历如此强烈潮汐力的原因是外部两颗巨行星的离心率，迫使TOI-6713.0 1也进入偏心轨道。因此，我称这颗行星陷入了完美的潮汐风暴。”

HD 104067系统及其两颗外层巨型系外行星迫使最内层的TOI-6713.01形成“完美潮汐风暴”，这让人想起木星的前三颗伽利略卫星木卫一、木卫二和木卫三，它们在整个轨道上对彼此的引力影响。

然而，也存在一些差异，因为木星的巨大引力是驱动木卫一火山活动的主要力量，而这三颗卫星都处于所谓的轨道共振中，这意味着轨道是按比例排列的。例如，木卫一每四个轨道就有两个木卫二轨道和一个木卫三轨道，使它们的轨道共振为4:2:1，这导致每个月球对彼此产生规则的引力影响。

因此，TOI-6713.01上的潮汐风暴是由两个外巨星的偏心引起的，这与木卫一、木卫二和木卫三之间的关系相比如何？

凯恩博士告诉《今日宇宙》，“伽利略卫星的拉普拉斯共振产生了一种特别强大的配置，内部三颗卫星的规则排列会定期迫使木卫一进入偏心轨道。HD 104067系统没有共振，但由于b和c行星的质量如此之大，仍然能够产生一种功率配置，因此更像是迫使内部凌日行星进入偏心轨道的‘蛮力’效应。”

如前所述，TOI-6713.01是使用径向速度法（也称为多普勒光谱法）发现的，这意味着天文学家测量了母恒星在其轨道上受到行星轻微牵引时运动的微小变化。

这些微小的变化会导致母恒星在两个天体相互拉扯时摆动，天文学家使用摄谱仪来检测恒星在离我们“越来越近”和“越来越远”时摆动的变化，以寻找系外行星。

这种方法已被证明在寻找系外行星方面非常有效，因为它几乎占迄今为止已确认的系外行星总数的20%，并且使用这种方法发现了第一颗围绕我们这样的恒星运行的系外星球。然而，尽管径向速度有效，研究指出TOI-6713.01如何“尚未得到证实”，那么还需要哪些额外的观测来证实其存在？

Kanes博士告诉《今日告诉》，“因为这颗行星太小了，很难从径向速度数据中检测到它。然而，凌日看起来很干净，我们已经排除了恒星污染的可能性。更多的凌日会有所帮助，但我们对这颗行星的存在非常有信心。”

这项研究正值系外行星系统总数接近4200颗之际，已确认的系外行星数量超过5600颗，还有10100多颗候选系外行星等待确认。人们发现，这些系统结构与我们自己的太阳系有很大不同，太阳系由离太阳更近的陆地（岩石）行星和绕太阳更远轨道运行的气态巨星组成。

例子包括热木星，它们的轨道距离母恒星很近，有些只需几天，而其他系统拥有七颗地球大小的系外行星，其中一些在宜居带内运行。因此，这种独特的太阳系结构能教会我们关于系外行星系统的什么，以及其他哪些系外行星系反映了它？

凯恩博士在接受《今日告诉》采访时表示：“这个系统是行星所处极端环境的一个很好的例子。有好几种情况下，类地行星离恒星很近，并被恒星的能量加热，但很少有潮汐能从内部融化行星。”

在“完美潮汐风暴”中绕轨道运行的系外行星的潜在发现进一步证明了系外行星和系外行星系统所表现出的无数特征，同时与我们自己的太阳系以及天文学家迄今为止对它们的了解形成了对比。如果得到证实，TOI-6713.01将继续塑造我们对系外行星和系外行星系统的形成和演化的理解，不仅贯穿银河系，也贯穿整个宇宙。

“宇宙是一个神奇的地方！”Kane博士告诉《今日告诉》。“这个特殊项目的有趣之处在于，它从‘嗯……这可能很有趣’开始，然后变成了比我想象的更迷人的东西！只是为了展示，永远不要错过追随你好奇心的机会。”