說(shuō)到行星環(huán)我們首先想到的肯定是土星那漂亮的土星環(huán)，土星也是最早被發(fā)現(xiàn)具有行星環(huán)的行星。太陽(yáng)系其他幾個(gè)巨行星其實(shí)多少也都有自己的環(huán)，不過(guò)它們大部分都不明顯。土星環(huán)雖然平均厚度只有 20 米，但它的范圍差不多相當(dāng)于兩倍土星半徑。除了天王星，其他行星環(huán)和土星環(huán)相比頂多就是個(gè)“呼啦圈”。
雖然土星環(huán)在太陽(yáng)系能稱(chēng)王稱(chēng)霸，但在擁有著上千億顆恒星的銀河系中，土星的環(huán)充其量也就是個(gè)“游泳圈”。有著巨大行星環(huán)的系外行星肯定有，比如今天要說(shuō)的這個(gè)被稱(chēng)為“超級(jí)土星”的 J1407 b。
J1407 b 的宿主恒星 J1407（V1400 Cen）是一顆距離我們四百多光年的類(lèi)太陽(yáng)恒星。這顆恒星無(wú)論是質(zhì)量還是個(gè)頭都和我們太陽(yáng)幾乎一模一樣，唯一不同的就是它太年輕了，只有大約 1600 萬(wàn)歲，這和已經(jīng) 46 億歲的太陽(yáng)比起來(lái)，也就是個(gè)剛過(guò)“滿(mǎn)月”的小 baby。
2007 年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這顆恒星的亮度突然變暗了，經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀(guān)察，原來(lái)這里出現(xiàn)了日食。出現(xiàn)日食原本并不奇怪，說(shuō)明恒星的周?chē)赡苡行行锹?，?dāng)行星運(yùn)行到恒星和我們之間時(shí)就會(huì)出現(xiàn)凌日現(xiàn)象。
只是這次的日食比較怪異：平時(shí)通過(guò)凌星法發(fā)現(xiàn)系外行星時(shí)，由于系外行星距離我們非常遠(yuǎn)，行星對(duì)恒星的遮擋很有限，恒星的亮度變化非常微弱。但是這次的日食深度很大，也就是被遮擋的比較多。
其次，平時(shí)看到的日食過(guò)程一般都很規(guī)律，但是這次的整個(gè)遮擋過(guò)程非常復(fù)雜；還有就是這次日食時(shí)間非常長(zhǎng)，前后持續(xù)了將近兩個(gè)月。根據(jù)種種跡象天文學(xué)家推測(cè)，遮擋恒星的可能是一顆擁有著巨大行星環(huán)的氣態(tài)巨行星。
行星環(huán)我們熟啊，太陽(yáng)系里就有現(xiàn)成的樣本。雖然土星環(huán)的起源目前仍然存在爭(zhēng)議，但是不少人都認(rèn)為它可能原本是土星的一顆衛(wèi)星，后來(lái)遭受了小行星等天體的撞擊，或者由于軌道衰減落入了土星的洛希極限，加上它又是一顆主要由水冰構(gòu)成的天體，本身的強(qiáng)度就不咋地，很容易被土星的潮汐力瓦解，從而形成了環(huán)繞土星的碎片環(huán)。
所以一些科學(xué)家認(rèn)為 J1407 b 可能也是因?yàn)槌毕υ颍呓饬怂車(chē)奶祗w，或者干脆遭受了某個(gè)大天體的撞擊，從而形成了這片環(huán)狀殘骸。
但是很快人們發(fā)現(xiàn)不太對(duì)勁：如果是碎片殘骸的話(huà)，這片殘骸未免也太大了。土星的環(huán)人家再大也都還在土星的洛希極限內(nèi)，但是 J1407 b 的環(huán)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了行星的洛希極限，已經(jīng)快到了希爾球半徑。
希爾球可以理解為：一個(gè)小天體如果要想成為一顆行星的衛(wèi)星，那你必須在這顆行星的引力控制范圍內(nèi)，這個(gè)范圍就是這顆行星的希爾球。
一個(gè)是引力強(qiáng)到能把天體撕碎的范圍，一個(gè)是僅僅受到引力控制的區(qū)域，兩者差距可想而知有多大?；谟^(guān)測(cè)數(shù)據(jù)天文學(xué)家估算，J1407 b 它的星環(huán)的直徑達(dá)到了 1.8 億公里（差不多 1.2 個(gè)天文單位），將近是土星環(huán)的 200 倍。如果把 J1407 b 放到太陽(yáng)的位置，它的星環(huán)甚至都快到了金星軌道。所以有些科學(xué)家認(rèn)為，J1407 b 的星環(huán)應(yīng)該并不是土星環(huán)那樣的成熟行星環(huán)，而是行星正在形成時(shí)留下的星周盤(pán)（CSDs）。
根據(jù)行星形成理論，這里原本是一個(gè)由引力聚集而成的氣體盤(pán)，大約經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年，行星的胚胎誕生于圓盤(pán)中央，此時(shí)氣體盤(pán)便成為了一個(gè)星周盤(pán)。星周盤(pán)會(huì)繼續(xù)把氣體和塵埃向中心的行星輸送，充當(dāng)了吸積盤(pán)的作用。當(dāng)星周盤(pán)中的氣體被剝離干凈后，由于只剩下了固態(tài)的塵埃和碎片，星周盤(pán)的粘度會(huì)明顯下降，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)盤(pán)面向四周擴(kuò)散變大，于是一個(gè)巨大的環(huán)狀行星盤(pán)便形成了。
這種環(huán)行星盤(pán)并不像土星環(huán)那樣成熟穩(wěn)定，它仍屬于過(guò)渡階段。這里的塵埃顆粒會(huì)聚集成團(tuán)，然后逐漸演變成這顆行星的衛(wèi)星，同時(shí)在行星盤(pán)中會(huì)留下相應(yīng)的間隙，也就是被衛(wèi)星清空的軌道區(qū)域。J1407 b 行星盤(pán)的總質(zhì)量與地球質(zhì)量相當(dāng)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)這里似乎已經(jīng)出現(xiàn)一些衛(wèi)星天體。
看似一切猜測(cè)都將水落石出時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)始困擾天文學(xué)家。
從 2007 年的首次日食到后來(lái)的 2015 年，8 年時(shí)間里那顆恒星再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的日食。因此天文學(xué)無(wú)法得知這顆行星的軌道周期，甚至都不確定它是不是在圍繞著那顆恒星公轉(zhuǎn)。
2018 年，此時(shí)具首次日食已經(jīng)過(guò)去了 10 年，這次天文學(xué)家又整理了從 1890 年到 1990 年長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的照片數(shù)據(jù)，但是仍然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該恒星有過(guò)變暗的記錄。不過(guò)這次天文學(xué)家對(duì)這顆行星也給出了一些初步判斷：這可能是一顆 5~20 倍木星質(zhì)量的氣態(tài)巨行星，以橢圓軌道圍繞恒星 J1407 公轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期大概率在 14~17 年之間。也就是說(shuō)如果推測(cè)準(zhǔn)確，那么在 2021 年到 2024 年間，這顆行星應(yīng)該會(huì)再次凌日。不過(guò)截止 2023 年的今天，我們?cè)?J1407 上仍然沒(méi)有看到第二次日食現(xiàn)象。
如果 J1407 b 真的和這顆恒星沒(méi)有關(guān)系的話(huà)，再考慮到它可能有著 20 倍木星的質(zhì)量（妥妥的是顆褐矮星了），那么這個(gè)巨大的行星環(huán)也許壓根就不是一個(gè)行星環(huán)，而是一個(gè)獨(dú)立的行星系統(tǒng)。
也就是說(shuō)，J1407 b 其實(shí)是一個(gè)剛剛形成的恒星（也不能說(shuō)是恒星，畢竟質(zhì)量不夠，只能算個(gè)夭折的恒星），它的星周盤(pán)其實(shí)是個(gè)原行星盤(pán)，那些誕生于此的衛(wèi)星其實(shí)人家都是行星。未來(lái)隨著行星的成型，原行星盤(pán)逐漸消散，一個(gè)迷你的行星系統(tǒng)便會(huì)由此誕生。
不過(guò)這種猜測(cè)只能說(shuō)可能性有，但它并不比行星的猜測(cè)可能性大。目前主流的觀(guān)點(diǎn)還是認(rèn)為這是一顆圍繞恒星運(yùn)行的擁有著高偏心率軌道的行星。
不管是獨(dú)立的行星系統(tǒng)也好，行星的星周盤(pán)也罷，一切還得靠證據(jù)說(shuō)話(huà)。畢竟現(xiàn)在離預(yù)測(cè)的 2024 年還有段時(shí)間，而且 2024 也不是準(zhǔn)確的截止期限，14~17 年的周期只是根據(jù)僅有的那次觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)給出的大致預(yù)測(cè)。
假如將來(lái)我們真的再次觀(guān)測(cè)到 J1407 b 的凌日現(xiàn)象，這次我們應(yīng)該不僅能判斷它到底是不是一顆行星，同時(shí)還能對(duì)它以及它的行星環(huán)有更詳細(xì)的認(rèn)識(shí)。因?yàn)橄噍^于當(dāng)年，今天我們有了個(gè)研究系外行星的利器，就是韋伯（韋布）空間望遠(yuǎn)鏡。
韋伯望遠(yuǎn)鏡配備的近紅外光譜儀不僅可以揭示該行星環(huán)的顆粒大小和成分組成，甚至于，因?yàn)檫@些行星環(huán)中的衛(wèi)星仍在形成過(guò)程中，所以它們?nèi)绻兄约旱摹靶l(wèi)星環(huán)”的話(huà)也能被識(shí)別出來(lái)。最后 J1407 b 究竟會(huì)不會(huì)再次凌日，那就讓我們拭目以待吧。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：Linvo 說(shuō)宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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