近日, 來自美國麻省理工學院(MIT)和全球其它天文機構的天文學家們在銀河系內部發現了一個新的多行星系統，其距離地球僅僅約33光年——這使它成為離我們最近的多行星系統之一。而在這個行星系統中, 至少有兩顆地球大小的巖石行星。

不過, 令人有些傷感的是, 這些巖石行星可能不適合居住，因為它們的軌道相對較接近，使行星暴露在溫度過高的環境中，無法維持液態水的存在。

據麻省理工學院的一份新聞稿介紹, 在這個多行星系統的中心有一顆又小又冷的M矮星，名為HD 260655。盡管這兩顆類地行星可能不處于宜居帶, 天文學家們仍然對這個多行星系統感到興奮，因為它的距離和亮度, 能夠讓天文學家們更近距離地觀察這些行星的屬性，以及它們可能擁有的任何大氣層的跡象。

“因為恒星的亮度，這個多行星系統里兩顆行星都被認為是大氣研究的最佳目標，”麻省理工學院的卡維里天體物理和空間研究所的博士后、該發現的首席科學家之一米歇爾·邦本(Michelle Kunimoto)說, “這些行星周圍是否有富含揮發性物質的大氣層? 有水或碳基物種存在的跡象嗎?這些行星會成為這些探索的神奇試驗臺。”

數據的力量

這個新的多行星系統最初由美國宇航局(NASA)的凌日系外行星勘測衛星(TESS)發現，該衛星項目由麻省理工學院主導，旨在觀察距離地球最近和最亮的恒星，并檢測可能表明有行星經過的恒星周期性亮度下降現象。

2021年10月，麻省理工學院TESS團隊的成員米歇爾·邦本在監測衛星接收的數據時，注意到HD 260655恒星的出現了一對周期性亮度下降即凌日的情況。邦本對這些信號進行了檢測，認為其可能是行星存在的跡象。

對新行星進行分類并確認, 這一工作通常需要花費數年時間。但對于HD 260655的這兩顆行星而言，這個過程卻由于全球天文學家們的合作而大大縮短。

在邦本確定了HD 260655周圍可能存在兩顆行星后不久，團隊中另外一名成員就開始了解這顆恒星之前是否被其它望遠鏡觀測到。幸運的是，HD 260655被列入了美國夏威夷凱克天文臺的高分辨率梯級光譜儀(HIRES)進行的恒星調查項目中。自1998年以來，HIRES一直在監測這顆恒星以及其它恒星，而研究人員能夠訪問該調查項目的公開數據。

HD 260655也被列為另一個獨立恒星調查項目CARMENES的調查對象，而CARMENES是西班牙Calar Alto天文臺的項目, 數據為私人所有。為此, 麻省理工的團隊聯系了HIRES和CARMENES的成員，希望能夠獲得兩方的數據。

經過一番努力, 天文學家們最終同意合作。“這樣的溝通和互動與實際觀察幾乎同樣重要。”TESS團隊的另一名天文學家Avi Shporer說。

行星的拉力

約6個月后, HD 260655周圍存在兩顆行星被天文學家們證實。

為了確認TESS收到的信號確實來自兩顆繞該恒星運行的行星，研究者查看了HIRES和CARMENES所觀測到的有關恒星的引力擺動(gravitational wobble)數據，引力擺動通常也被稱為徑向速度(radial velocity)。

“每一顆圍繞恒星運行的行星都會對恒星產生一點引力，”邦本解釋說，“我們尋找的是這顆恒星的任何輕微運動，這可能表明有行星質量的物體在拉拽它。”

從這兩組檔案數據中，研究人員發現了統計數據上顯著的跡象，表明TESS探測到的信號確實是兩顆繞恒星軌道運行的行星。

隨后，團隊成員更仔細地研究了TESS的數據，以確定這兩顆行星的性質，包括它們的軌道周期和大小。他們確定，這顆名為HD 260655b的內行星每2.8天繞恒星一周，大約是地球的1.2倍大。第二顆外行星HD 260655c的公轉周期為5.7天，體積是地球的1.5倍。

而通過HIRES和CARMENES觀測到的恒星徑向速度數據，研究人員計算出了行星的質量，這與每顆行星對恒星牽引的振幅直接相關。他們發現，內行星的質量大約是地球的兩倍，而外行星的質量大約是地球的三倍。根據它們的大小和質量，研究小組還估計了每顆行星的密度。內部較小的行星密度略高于地球，而外部較大的行星密度略低于地球。根據它們的密度，研究人員判定, 這兩顆行星很可能是類地行星，或由巖石組成。

研究人員還根據行星的短軌道, 估計內行星的表面溫度是710開爾文(818華氏度)，而外行星的表面溫度大約是560 K(548華氏度)。

邦本說:“我們認為, 這樣的溫度太高了，因此這兩顆行星表面可能沒有液態水存在。”

“但是, 在這個系統中可能有更多的行星，”Avi Shporer說, “有很多的多行星系統能夠擁有五到六顆行星，特別是圍繞著小恒星的多行星系統。我們希望能找到更多，如果情況樂觀的話, 其中一個可能就存在宜居地帶。”