新的超精確測量揭示了系外行星55 Cancri e（55 Cnc e）的軌道路徑，這是一顆炙熱無比的超級地球，緊密地圍繞著一顆遙遠的恆星。新的研究揭示了這顆”地獄行星”如何變得如此魔鬼般地熱，以及其他世界如何可能變得對生命來說太熱。那個岩石世界，55 Cnc e（綽號”楊森”），緊密地圍繞著它的恆星運行，在那裡過一年只需要區區18個小時，它的表面是一個巨大的熔岩海洋，其內部可能充滿了鑽石。

一個名為EXPRES的新工具為這個系外行星提供了這些新的見解。它捕捉到了從楊森的太陽（被稱為哥白尼或55Cnc）照射出來的超精確的星光測量。當楊森在地球和恆星之間移動時，光的測量值會發生輕微的變化（這種效果類似於日食期間我們的月亮擋住太陽）。

通過分析這些測量值，天文學家發現楊森沿著恆星的赤道繞著哥白尼運行，與哥白尼的其他行星不同，這些行星的軌道非常不同，它們甚至從未在恆星和地球之間穿過。研究人員於12月8日在《自然天文學》雜誌上報告了他們的發現。

楊森可能是在一個相對較冷的軌道上形成的，而且隨著時間的推移慢慢向哥白尼墜落。隨著楊森的靠近，來自哥白尼的更強引力改變了該行星的軌道。

“我們已經了解了這個多行星系統–我們所發現的擁有最多行星的系統之一–是如何進入其目前的狀態的，”研究的主要作者、紐約市Flatiron研究所計算天體物理學中心（CCA）的研究人員Lily Zhao說。

即使在其最初的軌道上，這顆行星”可能是如此之熱，以至於我們所知道的任何東西都無法在其表面生存”。儘管如此，新的發現可以幫助科學家更好地了解行星是如何形成和隨時間移動的。這些信息對於發現類似地球的環境在宇宙中有多普遍，從而發現地外生命可能有多豐富至關重要。

哥白尼星（大圓圈）的示意圖，來自一項調查系外行星55 Cnc e（暱稱為”楊森”，用一個黑點表示）如何圍繞其恆星運行的新研究。研究顯示，這顆行星的軌道（傾斜的水平線）大致與恆星的赤道一致。這一新信息是通過對宿主恆星光線的精確測量獲得的。當楊森在恆星和地球之間移動時，測量到的星光會下降。由此產生的恆星觀測顏色的變化取決於楊森穿越恆星的哪一半。由於多普勒效應，向著地球旋轉的半球稍稍變藍，旋轉的另一個半球稍稍變紅，而中間的半球則沒有變化。資料來源：L. Zhao等人/Nature Astronomy 2022

我們的太陽係是宇宙中我們知道的唯一存在生命的地方。它也像煎餅一樣平坦–所有的行星都在彼此幾度範圍內運行，從同一氣體和塵埃盤中形成。當系外行星搜尋任務開始在遙遠的恆星周圍發現世界時，他們發現許多行星並不是在一個平面上圍繞它們的主星運行。這就提出了一個問題：我們的煎餅狀的太陽係是否真的是一個罕見的系統。

哥白尼的行星系統離地球有40光年遠，鑑於其研究的充分性和復雜性，它特別令人感興趣。五顆系外行星圍繞著一顆主序星（最常見的一類恆星），與一顆紅矮星組成雙星對。事實上，楊森是第一個在主序星周圍發現的”超級地球”。雖然楊森的密度與地球相似，而且可能是岩石，但它的質量大約是地球的八倍，寬度是地球的兩倍。

在發現和確認之後，楊森成為第一個已知的超短週期行星的例子。楊森的軌道的最小半徑大約為200萬公里。(作為比較，水星的半徑為4600萬公里，而地球的半徑約為1.47億公里）。楊森的軌道非常貼近哥白尼，以至於起初一些天文學家懷疑它是否真的存在。

藝術家對楊森行星（橙色圓圈）的印象，它緊密地圍繞著它的恆星運行，以至於它的整個表面是一個熔岩海洋，溫度達到了大約2000攝氏度。資料來源：Lucy Reading-Ikkanda/西蒙斯基金會

確定楊森圍繞哥白尼的路徑可以揭示出關於這顆行星曆史的很多信息，但是進行這樣的測量是非常困難的。天文學家們通過測量哥白尼星與地球之間每次出現的亮度下降來研究楊森。

這種方法並不能告訴你這顆行星正在向哪個方向移動。為了找出這一點，天文學家們利用了超速攝影機中使用的相同的多普勒效應。當一個光源向你移動時，你看到的光的波長就會變短（因此也就更藍）。當它移開時，頻率移得更寬，光就更紅了。

當哥白尼旋轉時，一半的恆星向我們旋轉，而另一半則在遠離。這意味著一半的恆星更藍一些，另一半略微紅一些（而中間的空間是沒有移位的）。因此，天文學家可以通過測量它何時阻擋來自較紅一側、較藍一側和未改變的中間部分的光線來追踪楊森的軌道。

然而，由此產生的星光差異幾乎是無法估量的小。研究小組以前曾嘗試過，但無法準確地確定該行星的軌道路徑。新研究的突破來自亞利桑那州洛厄爾天文台的洛厄爾發現望遠鏡的EXtreme PREcision Spectrometer（EXPRES）。正如它的名字一樣，該光譜儀提供了注意光的微小紅藍變化所需的精度。

EXPRES的測量結果顯示，楊森的軌道與哥白尼的赤道大致保持一致，這一路徑使楊森在其兄弟姐妹中獨一無二。

以前的研究表明，紅矮星的附近軌道導致了行星相對於哥白尼的錯位。在新的研究中，研究人員提出，天體之間的相互作用將楊森移向它今天的煉獄般的位置。當楊森接近哥白尼時，這顆恆星的引力變得越來越有優勢。因為哥白尼正在旋轉，離心力導致它的中間部分向外微微凸起，而它的頂部和底部則變平。這種不對稱性影響了楊森感受到的重力，將這顆行星拉到與恆星較厚的赤道對齊。

隨著楊森的謎底被揭開，趙和她的同事現在計劃研究其他行星系統。她說：”我們希望找到與我們類似的行星系統，並更好地了解我們所知道的系統。”