1年704天　克卜勒任務找到迄今公轉週期最長凌日行星

2014/7/31   (7519)   原稿來源: http://www.ettoday.net/news/20

天文學家找到1顆迄今已知「1年」最長的系外行星。編號克卜勒421b（Kepler-421b）的系外行星，繞其母恆星公轉1周的時間長達704天。相較之下，火星繞太陽一周約為687天，比克卜勒421b稍短一些，迄今已知的1800多顆系外行星，絕大部分都很靠近它們的母恆星，因此公轉週期也短得多了。

此項研究論文的第一作者哈佛史密松恩天文物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics，CfA）大衛.基平（David Kipping）表示，一般而言，離母恆星愈遠的行星，其軌道傾角小到能從母橫恆星前方通過的機率愈低；像克卜勒421b這樣的行星，發生凌日現象（transit）的機率僅有0.3%。

更難的是，已經工作了4.35年克卜勒任務迄今只偵測到2次克卜勒421b造成的凌日現象，這比週期短得多的系外行星還難偵測得多，在相同期間內，週期短的系外行星造成的凌日現象估計可以有數百次呢！

這兩種困境加總之下，以凌日法發現長週期系外行星的機會會隨週期增長而減少，約P^（-5/3），舉例來說：發現公轉週期約僅3天的熱海王星（hot-Neptune）的機率，大約比像克卜勒421b這樣的雪線海王星（frost-line-Neptune）還高了9000倍左右。由此便可知發現克卜勒421b是多麼幸運的事！

克卜勒421系統的母恆星是顆橘色的K型恆星，比我們的太陽還稍冷、稍暗一些，距離地球約1040光年，位在天琴座方向。



系外行星克卜勒421b距離其母恆星約1億7700萬公里，大小相當於天王星（約4倍地球直徑），軌道離心率e約0.04（幾乎與天王星相同）。所以基平等人「合理的認為」這顆行星的外觀很可能與天王星和海王星類似，若採用天王星的表面反照率（albedo）估算其表面表面溫度的話，得出僅有約攝氏零下93度左右。

這顆行星的軌道位在分隔岩質行星和氣態行星的「雪線（snow line或frost line）」之外，因此水分會凍結成冰粒，冰粒又彼此沾黏在一起而形成氣體巨行星。

雪線對行星形成理論非常重要。天文學家認為所有的氣體巨行星都是在雪線以外之處形成的。既然絕大部分迄今已發現的氣體巨行星都位在距離母恆星非常近、公轉週期僅有短短的數小時到數天的位置上，因此理論學者相信應該有許多系外行星在形成早期就開始向內遷移，才會成就現在觀測到這許多的熱木星。

行星系統中的雪線位置並不固定，會隨年輕恆星周圍的原行星盤（protoplanetary disc）演化而逐漸向內遷移。以克卜勒421b的例子來說，基平等人估計在這個行星系統誕生後約300萬年時的雪線位置，大約就在克卜勒421b目前所在位置。

一般認為，行星大約會在原行星盤形成後的最初300萬～1000萬年內陸續形成，這意味著我們現今所見的克卜勒421b位置就是它誕生的位置。所以由克卜勒421b來看，行星並不一定得經歷遷移的過程。這可能是以凌日法觀測到的第一個無遷移氣體巨行星。

此外，克卜勒421b的大小僅相當於天王星等級，而不是木星等級，這可能是因為克卜勒421b是在行星形成時期的最後階段形成的，因此製造行星的材料已經不足以讓它可以繼續增大至木星等級。當然，基平等人並無法確知這顆行星到底是如何形成的，畢竟沒人在那兒看著它誕生茁壯。但至少現在所見的各類線索，可稍稍透露這顆行星的部分歷史故事。