一顆系外行星拉長的逆向軌道為了解高質氣態巨行星的形成歷史和未來軌跡提供了線索。天文學家利用WIYN 望遠鏡觀測到了一顆具有高度偏心和逆行軌道的系外行星。這顆系外行星被命名為TIC 241249530 b，它可以大大推動我們對熱木星形成和遷移的了解，熱木星通常是較大的氣態巨行星，會遷移到非常靠近恆星的軌道上。

這張藝術家的印象圖展示了一顆即將成為熱木星的類木行星–一顆運行軌道非常靠近其恆星的大型類木行星。利用美國國家科學基金會基特峰國家天文台的WIYN 3.5 公尺望遠鏡（NSF NOIRLab 的一個計畫），一個天文學家小組發現，這顆系外行星被命名為TIC 241249530 b，它的軌道極度橢圓，與主恆星的自轉方向相反。這些獨特的軌道特徵暗示了這顆行星的形成歷史及其未來軌跡，使研究小組能夠確定TIC 241249530 b最終將向內遷移到一個更緊密、更圓的軌道上。發現這顆遷移前的系外行星有助於深入了解熱木星是如何形成並隨時間演變的。資料來源：NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)

天文學家利用美國國家科學基金會基特峰國家天文台的WIYN 3.5 公尺望遠鏡發現了一顆系外行星的極端軌道，這顆系外行星即將成為一顆熱木星。在所有已知的凌日系外行星中，這顆系外行星的軌道不僅是伸展最劇烈的，而且還在反向繞著它的恆星運行，這讓人們對熱木星如何演化之謎有了更深入的了解。

目前，4000 多個恆星系統中共有5600 多顆已確認的系外行星。在這些系外行星中，大約有300-500 顆系外行星屬於被稱為熱木星的奇特類別–大型、類似木星的系外行星，它們的軌道離恆星非常近，有些甚至像水星離太陽那麼近。熱木星如何最終進入如此近的軌道是一個謎，但天文學家推測，它們開始時的軌道遠離恆星，然後隨著時間的推移向內遷移。這個過程的早期階段很少被觀測到，但透過對一顆具有不尋常軌道的系外行星進行新的分析，天文學家離揭開熱木星之謎又近了一步。

這顆系外行星被命名為TIC 241249530 b，它的發現源自於美國太空總署的凌日系外行星巡天衛星（TESS）在2020 年1 月探測到的恆星亮度下降現象，該現象與一顆木星大小的行星從其前方經過或凌日相符。為了確認這些波動的性質並排除其他可能的原因，一個天文學家小組使用了美國國家科學基金會NOIRLab 計劃下的美國國家科學基金會基特峰國家天文台（KPNO）的WIYN 3.5 米望遠鏡上的兩台儀器。

研究團隊首先利用美國國家航空暨太空總署（NASA）資助的NN-EXPLORE 系外行星和恆星斑點成像儀（NESSI），採用一種有助於”凍結”大氣閃爍並消除可能混淆訊號源的任何外來源的技術。然後，研究小組利用美國宇航局資助的NEID 攝譜儀，透過仔細觀察TIC 241249530 b 的主恆星光譜或其發射光的波長如何因係外行星繞其運行而發生偏移，測量了它的徑向速度。

這幅插圖顯示了新發現的類木星系外行星TIC 241249530 b 的軌道，並與太陽系中水星和地球的軌道進行了對比。 TIC 241249530 b 的軌道是目前已知的所有凌日系外行星中最長的軌道之一，它也反向圍繞著它的宿主恆星運行，也就是說與恆星的自轉方向相反。資料來源：NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

NOIRLab博士後研究員、發表在《自然》（Nature）上的論文的第一作者阿爾文德-古普塔（Arvind Gupta）稱讚NESSI和NEID對研究小組描述和確認系外行星信號的工作至關重要。古普塔解釋說：”NESSI為我們提供了比其他方法更清晰的恆星視角，NEID精確測量了恆星的光譜，以探測系外行星軌道的變化。古普塔特別指出，近地天體物理探測器的觀測調度框架具有獨特的靈活性，可以根據新數據迅速調整團隊的觀測計劃。

美國國家科學基金會NOIRLab 計畫主任Chris Davis 表示：「WIYN 望遠鏡在幫助我們理解為什麼在其他太陽系中發現的行星會因係而異方面發揮著至關重要的作用。NSF與NASA在NN-EXPLORE計畫上的合作繼續在系外行星研究方面取得令人矚目的成果。

動畫顯示了新發現的類木星系外行星TIC 241249530 b的軌道，並與太陽系中水星和地球的軌道進行了比較。 TIC 241249530 b 的軌道是目前已知的所有凌日系外行星中最長的軌道之一，它也反向圍繞著它的主恆星運行，也就是說與恆星的自轉方向相反。如果這顆行星是太陽系的一部分，那麼它的軌道將從比水星更接近太陽十倍的最近距離一直延伸到與地球最遠的地方。這種極端的軌道會導致這顆行星上的溫度在夏天和足以融化鈦的高溫之間變化。資料來源：NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor

光譜的詳細分析證實，這顆系外行星的質量大約是木星的五倍。光譜也顯示，這顆系外行星正沿著一條極度偏心或拉伸的軌道運行。行星軌道的偏心率是按照0 到1 的比例來測量的，0 代表完全圓形軌道，1 代表高度橢圓軌道。這顆系外行星的軌道偏心率為0.94，比透過凌日法發現的任何其他系外行星的軌道都要偏心[1]。相較之下，冥王星繞太陽的高橢圓軌道的偏心率為0.25；地球的偏心率為0.02。

如果這顆行星是我們太陽系的一部分，那麼它的軌道將從比水星更靠近太陽十倍的最近點一直延伸到地球距離的最遠點。這種極端的軌道會使這顆行星上的溫度在夏天和足以融化鈦的高溫之間變化。

位於美國國家科學基金會基特峰國家天文台的WIYN 3.5 公尺望遠鏡內部，該天文台是美國國家科學基金會NOIRLab 計畫的一部分。這台望遠鏡安裝了NEID 儀器，這是一台最先進的系外行星發現機器。圖片來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/J.Pollard

為了增加系外行星軌道的不尋常性，研究團隊也發現它的軌道是反向的，也就是說與主恆星的旋轉方向相反。天文學家在大多數其他系外行星和太陽系中都沒有發現這種現象，這有助於研究小組解讀系外行星的形成歷史。

系外行星獨特的軌道特徵也暗示了它未來的軌跡。預計它最初的高度偏心軌道和與主恆星的極度接近將使這顆行星的軌道”環形化”，因為行星上的潮汐力會消耗軌道的能量，使其逐漸縮小並環形化。在這種遷移發生之前發現這顆系外行星是非常有價值的，因為這有助於我們深入了解熱木星是如何形成、穩定和隨時間演變的。

古普塔說：「雖然我們不能完全按下倒帶鍵實時觀看行星的遷移過程，但這顆系外行星可以作為遷移過程的某種快照。像這樣的行星非常罕見，也很難找到，我們希望它能幫助我們揭開熱木星形成的故事。

WIYN 3.5 公尺望遠鏡，位於美國國家科學基金會基特峰國家天文台，是美國國家科學基金會NOIRLab 的一個計畫。資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA

賓州州立大學天文學和天體物理學教授傑森-賴特（Jason Wright）說：”我們對這顆行星在灼熱地接近恆星後大氣層的動態變化特別感興趣。像NASA的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡這樣的望遠鏡具有很高的靈敏度，可以探測這顆新發現系外行星在快速加熱過程中大氣層的變化，因此研究小組對這顆系外行星的了解還有很多。

TIC 241249530 b是迄今發現的第二顆顯示熱木星遷移前階段的系外行星。這兩個例子共同從觀測角度證實了一個觀點，即質量較高的氣態巨行星在從高度偏心的軌道向更緊密、更圓的軌道遷移的過程中，會進化成為熱木星。

古普塔說：”二十多年來，天文學家一直在尋找可能是熱木星前身的系外行星，或者是遷移過程的中間產物。這正是我所希望發現的。”

編譯自/ scitechdaily