TESS望遠鏡發現奇特“迷你海王星” 質量是地球23倍

利用TESS前三個月的觀測資料，科學家確認了一顆新的系外行星HD 21749b。這是一顆“迷你海王星”，其大小是地球的3倍，質量卻是地球的23倍。它距離地球約53光年，圍繞的母恆星大小與太陽相仿。

TESS衛星將在為期兩年的主任務期中覆蓋整個天空。目前該任務已經在鄰近恆星系中發現了3顆相對較小的系外行星。

NASA科學家在1月7日宣佈，凌日系外行星巡天衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，簡稱TESS）發現了一顆圍繞恆星HD 21749執行的行星。該恆星距離地球約53光年，位於星光黯淡的網罟座（Reticulum）。

如果以太陽系的標準來看，這顆新發現的行星相當古怪。它是一顆“迷你海王星”（sub-Neptune或mini-Neptune，指實際質量低於太陽系的天王星和海王星，但特徵卻和海王星相當類似的系外行星），大小是地球的3倍，這意味著它很可能是氣體行星，而非像地球一樣的岩石行星。該行星被稱為HD 21749b，其密度可能比我們已知的其他氣體行星更高，因為它的質量是地球的23倍。

“我們認為這顆行星的氣體組成不會像海王星或天王星一樣，它們主要由氫氣組成，而且相當蓬鬆，”發現團隊負責人、麻省理工學院科維理天文與天體物理研究所的博士後研究者戴安娜·德拉戈米爾（Diana Dragomir）在一份宣告中說，“這顆行星很可能具有和水一樣的密度，或者一個很厚的大氣層。”

恆星HD 21749的亮度與太陽相仿，HD 21749b圍繞其運轉一週的時間是36地球日。發現團隊表示，這顆系外行星的表面溫度平均約為150攝氏度。研究人員還發現了該恆星系統中另一顆較小行星的線索。這顆潛在的行星軌道週期約為7.8地球日。如果能夠證實，這將是TESS發現的第一顆大小大致與地球相當的系外行星。

TESS於2018年4月發射到地球軌道，其主要任務是搜尋地球附近300光年內的恆星是否有行星存在。與NASA不久前燃料耗盡的開普勒太空望遠鏡（發現了約70%的已知系外行星）類似，TESS也是利用凌日法來搜尋系外行星。換句話說，它會搜尋行星從母恆星前方經過時引起的細微的恆星亮度下降。

在搜尋過程中，TESS將天空劃分成互相重疊的區域，一次對每個區域進行27天的研究。在為期兩年的主要任務結束時，TESS將覆蓋整個天空。相比之下，開普勒太空望遠鏡在主任務中只持續觀察了一小片區域，同時監視大約15萬顆相對遙遠的恆星。

焦點的轉移使TESS很難尋找那些遠離母恆星、軌道週期很長的行星。事實上，HD 21749b對TESS來說就非常遙遠；該任務發現的另外兩顆行星，Pi Mensae b和LHS 3844b，其軌道週期分別是11小時和6.3天。

“對於一顆如此亮度的恆星來說，這是最涼爽的一顆小型行星，”德拉戈米爾說道。“我們對熱行星的大氣層瞭解很多，但由於很難找到軌道距離恆星較遠，因而也較涼爽的小型行星，我們對這些更小、更冷的行星還無法瞭解更多，”她補充道，“但是這一次，我們很幸運地發現了這一顆，現在可以更深入地研究它了。”

發現團隊最初是在TESS的“扇區1”資料中發現了來自HD 21749恆星系的訊號。研究人員一開始不知道這個耐人尋味的訊號究竟是由行星產生的，還是母恆星活動的變化引起的，於是德拉戈米爾和同事們分析了另一個儀器——高精度徑向速度行星搜尋器（High Accuracy Radial velocity Planet Searcher ，簡稱HARPS）的觀察資料。該儀器安裝在智利拉西拉天文臺的ESO 3.6米望遠鏡上。

HARPS發現行星的方法主要是檢測恆星迴應行星引力牽拉作用的微小速度變化。十年前，另一組天文學家已經利用HARPS對HD 21749系統進行了研究。他們也發現了一個訊號，但還無法確定是否來自行星。

在HARPS資料中，德拉戈米爾及其團隊發現，HD 21749系統的訊號每36天重複一次。他們認為應該可以在TESS的“扇區3”資料中再次發現這一訊號。結果證實了他們的推斷。研究團隊分析的TESS資料是在2018年7月25日至10月14日收集的。

德拉戈米爾和她的團隊還利用了Planet Finder光譜儀（安裝在智利拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫Ⅱ望遠鏡上）的資料，證實了這一發現，並進一步確定了HD 21749b的質量和軌道引數。

“涉及的探測工作相當多，而且有合適的人在適當的時間進行工作，”德拉戈米爾說，“但我們很幸運，我們捕捉到了訊號，而且它們非常清晰。”

研究人員在近日於西雅圖舉行的第233屆會議上宣佈了這一發現。他們還向《天體物理期刊》（Astrophysical Journal Letters）提交了關於此次發現的論文。

TESS的探索之旅剛剛開始。NASA官員表示，該任務已經標記了數百顆候選行星，其最終確認的發現將數以千計。而且，其中一些行星將距離地球足夠近，使天文學家可以用更強大的儀器——比如耗資89億美元的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope，簡稱JWST）——對它們進行研究。JWST是哈勃太空望遠鏡和斯皮策空間望遠鏡的後繼計劃，預計將在2021年發射。（任天）