六恒星系统，随地心引力起舞，你见过吗？

简介：天文学家发现一个有趣的恒星系统，这个系统中有6颗行星绕恒星运行，而外5颗行星的运行周期互为简单倍数！当一个行星的周期是一个简单的倍数时，我们说它们处于共振状态。在这种情况下，这是一个共振链，所有外层五个行星都在简单的多个周期内运动。

天文学家已经发现了非凡的太阳系，一个围绕着邻近恒星运行的行星系统。首先，那里至少发现了6颗行星。另外，外部的那五颗行星绕着恒星同步运行，好似舞蹈演员们随着地心引力的有节奏地起舞着。

优美的TOI-178轨道共振动画截图 图源： ESO/L. Calçada

这颗恒星被称为 TOI-178，它距离地球200光年，渺小的像一根头发。TOI是TESS Object of Interest的缩写，是一颗外行星勘测人造卫星（TESS又是Transiting Exoplanet Survey Satellite的缩写）检测到的具有候选行星的恒星（使TOI成为一个嵌入缩写的缩写词；这并不重要，但出于某种原因，它们让我崩溃）。

TESS卫星探测器 图源：百度百科

当被观测行星直接通过其母恒星前面时，会产生一个迷你的食，我们称之为凌，只有当我们看到轨道边缘时才会发生这种情况。因此TESS去寻找那些周期性的亮度减弱现象来探测行星。除那之外，行星的时期（行星的年份）和它的大小也能被找到 — 更大的行星会阻挡更多的光。

当天文学家分析TESS对TOI-178的观测时，他们发现有6颗行星绕恒星运行，而外5颗行星的运行周期互为简单倍数。

这些行星通过TOI-178g被命名为TOI-178b(第一个被发现的行星是由恒星的名字加上一个小写字母b命名的)。按照行星和地球的日历计算，行星的周期依次是b= 1.91, c = 3.24, d = 6.56, e = 9.96, f = 15.23, and g = 20.71。

来看看这些数字：d行星绕恒星轨道的运行周期近似c行星的两倍，也就是说c绕恒星转两圈的时间d绕着轨道转一圈。e行星的周期是c的三倍，所以行星c每转3圈，e转一圈。行星f每转2圈，e转3圈。还有，g每转3圈，f转4圈。

当一颗行星有简单倍数的运行周期时（一个数字可以被表示为一个分数和两个整数，比如2/3或者5/4）我们说它们在共振。在这种情况下，这是一个带着所有外5颗行星在简单倍数周期里运行的共振链。

演示动画

这个TOI-178系统的动画展示出一种无论何时外5颗行星中的一颗完成一半或者全轨道的步调，每一颗行星都带有一种不同的步调。因为行星轨道的周期是互为简单倍数的，这种模式有规律地重复。图源： ESO/L. Calçada

我们了解几个这样的系统；加上TOI-178系统数量达到5个。从某种意义上来说，它们的形成是很自然的，也很容易。行星从恒星周围的气体和尘埃盘中形成，当它们的星盘相互作用时，他们的轨道会随之变化。它们倾向于慢慢地靠近恒星。但当这种情况发生时，它们会进入共振模式，并且它们之间的引力相互作用会增强共振。如果一个行星移动太快，外面那颗行星会把它往回拉一点，反之亦然。

另一方面，当你有一个像这样的五行星在一条链上的模型，那也是一个很易碎的玩意；如果有一颗星球稍微有一点偏离，它都会完全脱离舞蹈轨迹，行星的周期将发生变化，扰乱共振。关于它们是如何形成的，有话这样说道：让它们进入轨道这肯定是一个相对温和的过程。如果这来了个大行星猛拉它们，那就会破坏链条。这颗恒星大概70亿岁，所以这个系统已经稳定了很长一段时间。

我会注意到这些行星是非常接近它们的母恒星的，这就是我们所说的k型星。它们比太阳更小更冷。但它们也离得很近，被恒星灼烤着。

地球（左）和海王星（右）之间的大小比较 图源：NASA / jcpag2012 at wikimedia

凌也能告诉我们行星的大小。从恒星按顺序来看，行星的大小相对于地球来说依次是b = 1.18, c = 1.71, d = 2.64, e = 2.17, f = 2.38, g = 2.91。它们都比地球大，但比海王星小，所以我们叫它们低端的超级地球和高端的迷你海王星。但是它们全都混在一起。在我们的太阳系中，较小的行星绕最近的轨道运行，大的都较远。不是前面提到的那种混乱的情况。

奇怪。但还有更多。为了测量这颗恒星的反射速度，天文学家用其它望远镜跟踪了这一发现，这会告诉我们行星的质量（当它们绕着恒星运行时，它们会拉着恒星，那使恒星陷入一个复杂的模式；行星的质量越大，恒星就越难拉住它们）。

如果你计算这些行星的密度（质量除以体积），那就更复杂了。就地球的密度而言（每立方厘米约5.5克，或者说是水密度的5.5倍），按顺序，TOI-178的行星密度为 b = 0.91, c = 0.9, d = 0.15, e = 0.39, f = 0.58, g = 0.19。所以里面的两颗行星比地球的密度低，但是d更低，e比d密度大得多，f密度也比d密度大，然后g更低。这些数据参差不齐。

描绘了六行星系统围绕恒星TOI-178的作品

图源：ESO/L. Calçada/spaceengine

密度很重要，因为它会告诉你行星的种类。天然气巨星的密度高达0.2左右个地球的密度，岩石/金属行星跟地球密度相近。我们可以看到它们的顺序是混乱的，跟我们太阳系完全不同。这很难解释，而且告诉着我们一些关于地球是如何形成的信息。我们只是还不知道到底是什么。

我很高兴我们发现的这些系统都跟我们的不同。我本来打算说“奇怪”，但我想知道（原因）。如果一个系统的距离只有200光年远，那意味着像这样的系统是很常见的；如果它们非常罕见，在这么近距离可能性极小。

或许我们也是个奇怪的系统。我认为那也是值得兴奋的。可能我们看起来觉得很正常，那是因为我们已经习惯了，这就是我们观点的基础。

如果那里有道德课，呃，或许我们更应该多听听宇宙的声音。

BY:Phil Plait

FY:Estrelas

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