在太陽系外已知存在的5000 多顆行星中，大多數都以驚人的距離圍繞恆星運行。在已確認的系外行星中，80%以上的行星的軌道都短於50 天，這些可愛的世界距離恆星的距離至少是水星距離太陽的兩倍，有些甚至比水星距離太陽更近。

藝術家描繪的TOI-4600 系統中的兩顆行星和恆星。資料來源：Tedi Vick

天文學家開始大致了解這些行星的形成、演變和組成。但對於軌道周期較長的行星來說，情況就模糊得多了。軌道長達數月至數年的遙遠世界更難被探測到，因此它們的特性也更難辨別。

現在，長周期行星的名單上又增加了兩顆。麻省理工學院、新墨西哥大學和其他機構的天文學家發現了一個罕見的系統，該系統包含兩顆長周期行星，圍繞著距離地球815光年的附近恆星TOI-4600運行。

研究小組發現，這顆恆星上有一顆內行星，其軌道周期為82天，與水星的軌道周期相似，而第二顆外行星每482天繞行一圈，介於地球和火星的軌道之間。

圖示：NASA 的凌日系外行星巡天衛星（TESS）正在工作。資料來源：美國宇航局戈達德太空飛行中心

解讀TESS 的數據

這項寶貴的發現是利用美國國家航空航天局（NASA）的凌日系外巡天衛星（TESS）的數據得出的，TESS是麻省理工學院領導的一項任務，負責監測最近的恆星，尋找系外行星的跡象。這顆新的、距離更遠的行星是TESS 迄今探測到的周期最長的行星。它也是最冷的行星之一，溫度約為華氏零下117度，而內部行星的溫度則為華氏170度。

這兩顆行星都可能是氣態巨行星，類似於木星和土星，不過內行星的成分可能更多的是氣體和冰的混合。這兩顆行星彌補了”熱木星”與我們太陽系中更冷、週期更長的氣態巨行星之間的差距。”熱木星”是一種舒適的短軌道行星，佔系外行星發現的大多數。

團隊成員、麻省理工學院卡弗里天體物理學和空間研究所技術人員凱瑟琳-赫塞（Katharine Hesse）說：”這些週期較長的系統是一個相對未被探索的範圍。我們正試圖找出我們的太陽係與我們發現的其他太陽系的比較，我們確實需要這些更邊緣的例子來更好地理解這種比較。因為我們發現的很多系統看起來都不像我們的太陽系。”

赫塞和她的同事們，包括第一作者、新墨西哥大學（UNM）研究生伊斯梅爾-米列斯（Ismael Mireles），於8月30日在《天體物理學期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）上發表了他們的研究成果。

TESS如何運行

TESS 監測最近的恆星，尋找系外行星的跡象，方法是對準一片天空，連續30 天測量該區域恆星的亮度，然後再轉向下一片天空。科學家們使用”管道”或算法搜索，對測量結果進行梳理，尋找可能由行星從恆星前方經過造成的亮度下降。

2020 年，一條管道發現了一顆恆星可能從北部天空的天龍座附近經過。這顆恆星被歸類為TOI-4600（TESS感興趣的天體）。TESS單次凌日行星候選者工作組對最初的凌日進行了詳細研究，該工作組由麻省理工學院、UNM大學和其他地方的科學家組成，他們在單次凌日事件中尋找長周期行星的跡象。

赫塞指出：”對於像TESS這樣的任務來說，它只能對天空中的每個區域進行30天的觀測，你確實需要增加觀測次數，才能獲得足夠的數據來發現軌道長於一個月的行星。”

研究小組在TESS 數據的其他區域尋找這顆恆星，最終又發現了三次與第一次類似的凌日。從這四次凌日中，科學家們可以確定，凌日源是一顆行星–TOI-4600b，其軌道相對較長，為82 天。研究小組還發現了第五次凌日，但與其他信號不同步。他們想知道這次凌日會不會是另一顆恆星暫時遮擋了第一顆恆星？或者是第二顆繞行行星？

發現巨行星

2021 年，當米雷萊斯加入研究小組後，他接手了研究小組的工作，從TESS 上尋找更多的觀測數據，以解釋最後一次令人費解的凌日現象。

米雷萊斯回憶說：”每下來一個數據扇區，我都會看看是否有第二次凌日，前五個扇區都沒有。然後，在去年7 月，我們看到了一些東西。”

實際上，他們看到了兩件事情：一次凌日出現在同一個82天的周期內，這進一步證實了一顆長期運行的行星的存在；第二次凌日是在前一次不同步的凌日964天后被探測到的。後兩次凌日的深度或變暗的光量相似，這表明這兩次凌日都是由一個天體產生的，該天體每964 天或每482 天繞恆星運行一次。研究小組推斷，畢竟TESS 根本就沒有朝恆星的方向觀測，因此無法捕捉到行星在482 天時穿越恆星。研究小組使用一個模型模擬了行星在兩種軌道周期下的情況，得出的結論是482天的軌道更有可能。

為了進一步確認他們已經發現了兩顆長周期行星，研究人員使用多台地面望遠鏡對這顆恆星進行了重點觀測。這些觀測結果幫助研究小組排除了假陽性的情況，比如第二顆恆星使主星黯然失色。最後，他們得出結論，這顆恆星確實擁有兩顆長周期行星： TOI-4600b是一顆溫暖的、類似木星的巨行星；TOI-4600c是一顆結霜的、更冰冷的巨行星，也是迄今為止TESS探測到的周期最長的行星。

“我們在一個系統中看到兩顆巨行星是比較罕見的。我們習慣於看到靠近恆星的熱木星，通常不會發現它們的伴星，更不用說巨型伴星了。這個系統的構造比較獨特。 “

兩顆行星之間的距離與水星和火星之間的距離差不多，這意味著該系統中可能還有其他行星。

“我們想看看是否有更多行星的證據，”Mireles 說。我們想看看是否有證據表明存在更多的行星，”Mireles 說，”潛在的行星肯定有很大的空間，要么在更近的地方，要么在更遠的地方。我們的研究表明，TESS既能發現暖木星，也能發現冷木星。”