罕見的系統

在大約100光年之外的后髮座北部，有一顆與太陽相似的恆星，名為HD110067。2020年，系外行星捕手TESS（凌星系外行星巡天衛星）探測到HD110067的亮度下降，這表明有行星在這顆恆星面前經過，或者說發生了凌星事件。研究人員對資料進行初步分析後發現，應該有兩顆系外行星繞這個恆星運行，其中一顆的公轉週期為5.642天，另一顆的公轉週期未知。

兩年後，TESS再次對這顆恆星進行了觀測。在對更多的資料進行分析後，研究人員推翻了最初的結論。雖然與最初的分析結果相比，新結果的確定性要高得多，但仍有很多資料是難以解釋的，這也引起了芝加哥大學的Rafael Luque等天文學家的興趣。為了揭示更多細節，他們決定求助於另一個空間任務，CHEOPS（系外行星特性探測衛星）。

在CHEOPS的幫助下，天文學家最終揭示了一個擁有六顆系外行星的罕見系統。這是一項極有意義的發現，因為這六顆行星以一種特殊的規律在宿主星的近距離軌道處運行，它們的軌道結構表明，這個多行星系統自10多億年前形成以來，基本沒有發生過改變。研究結果發表在近期的《自然》雜誌上。

通過以固定的時間間隔追蹤兩顆相鄰行星的軌道週期的聯繫，可以創造出每兩顆相鄰行星之間的獨特模式。HD110067系統中的六顆處於軌道共振的行星，一起創造了一個迷人的幾何圖案。（圖/Thibaut Roger/NCCR PlanetS, CC BY-NC-SA 4.0）

共振鏈

在搜尋過程中，TESS任務是一點一點地掃描整個天空，尋找短週期的系外行星；而CHEOPS則是一項有針對性的任務，它每次只關注一顆恆星，因此精確度很高。

從TESS衛星對HD110067的觀測資料中，可以確定兩顆被稱為「b」和「c」的帶內行星，其軌道週期分別為9.114天和13.673天。通過結合CHEOPS的資料，第三顆行星的謎底浮出水面：研究人員發現，還有一顆公轉週期為20.519天的行星d。

就在這時，研究人員意識到，HD110067的三顆帶內行星，b、c、d，處於軌道共振：最外層行星的公轉週期大約是第二顆的1.5倍，而第二顆的公轉週期又幾乎是最內層的1.5倍，因而形成了3:2、3:2的共振鏈。當最內層的行星圍繞恆星公轉9圈時，第二顆行星公轉6圈，第三顆行星公轉4圈。

HD1100067的軌道結構。

於是，研究人員開始思考，是否還有其他行星可能也是這個共振鏈的一部分。他們通過結合TESS和CHEOPS中剩下的無法解釋的資料，最終發現了這個系統中的其他三顆行星。研究人員計算出，這6顆行星處於3:2、3:2、3:2、4:3、4:3的共振鏈中，並預測出三顆帶外行星，e、f、g的軌道週期分別為30.793天、41.058天和54.743天。

所有六顆行星相對於行星c一年的軌道運動。由於這六顆行星處於精確的軌道共振，因此每顆行星的軌道都緊密相關。行星c繞HD110067旋轉360°，行星b就旋轉540°，行星d旋轉240°，行星e旋轉160°，行星f旋轉120°，行星g旋轉90°。（圖/Dr. Hugh Osborn）

意義重大的發現

在已發現的5000多顆系外行星中，共振並不罕見，多行星系統也不罕見，罕見的是找到能夠維持住這種共振的行星系統。這是因為，雖然恆星周圍的行星往往是在共振中形成的，但這種共振很容易受到干擾。一顆非常大的行星，一顆經過的恆星，或者一次巨大的撞擊事件，都可能破壞這種岌岌可危的共振。因此，天文學家所知的大多數多行星系統並沒有共振。

研究人員表示，只有大約百分之一的多行星系統能維持這種共振，而HD110067就是其中之一，它向我們展示了一個未受影響的行星系統的原始結構。這是十分罕見且具有重要意義的。通過這些軌道共振的多行星系統，天文學家可以獲悉許多有關於行星系統的形成和演化的資訊。

HD110067是已知最亮的擁有四顆以上行星的多行星系統，由於這些行星的大小都介於地球與海王星之間，且可能具有延伸的大氣層，這使得它們成為使用韋布空間望遠鏡等空間任務來研究其大氣成分的理想候選。

#創作團隊：

撰文：不二北斗

排版：雯雯

#參考來源：

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops/ESA_s_Cheops_helps_unlock_rare_six-planet_system

https://mediarelations.unibe.ch/media_releases/2023/media_releases_2023/an_astronomical_waltz_reveals_a_sextuplet_of_planets/index_eng.html

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06692-3

#圖片來源：

封面圖&首圖：Thibaut Roger/NCCR PlanetS