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熱木星英語:Hot Jupiters),亦稱為烤爐行星(roaster planets)、恆星側木星(epistellar jovians)和飛馬星(pegasids),是一種系外氣體巨行星。它們的質量接近或超過木星,但與太陽系中的情況不同:木星的軌道半徑是5天文單位,成為熱木星的行星軌道與母恆星距離在0.5至0.015天文單位以內,大約只是太陽系內水星到太陽距離的八分之一至金星到太陽距離。

形成和演進

天文學界對熱木星的起源有兩大觀點:遷移說和原位形成說,遷移說是目前學界流行的理論。

遷移說認為,在恆星系的早期階段,熱木星先是在恆星系凍結線外由岩石、冰塊、氣體聚合形成。行星形成後,熱木星軌道內移,在距離恆星很近的地方形成穩定軌道。熱木星可能是通過II型遷移移動進入內層軌道,也可能是因為受到了其他大質量天體干擾才進入內層軌道。像大遷徙假說[1]指出太陽系的木星也曾遷移,若無與隨後的土星產生重力交互作用,也有可能變成熱木星。

原位形成說認為,熱木星原本是超級地球形的岩石行星,在形成後逐漸吸附周圍氣體形成氣態巨行星,原來的岩石行星成為巨行星的固態內核。

因熱木星十分靠近恆星,它們的大氣層可能會因為熱量被逐漸剝離。在大氣層被完全剝離之後,它們殘留的核可能成為冥府行星。但目前尚未實際發現冥府行星,因此這一理論目前還屬於假說。

共同特性

熱木星有一些共同的特性:

  1. 對於處於整個它們所在的行星系之外的觀察者來說,它們比具有相同的質量,但處於離所圍繞的恆星更遠軌道上的行星,凌日的機會更高。
  2. 由於高度的日照率使得密度低於預期。並且由於凌日的時候背景造成的周邊昏暗效應,使半徑難以測量,而行星的初切和終切的邊界也難以測量。
  3. 都是經歷了行星遷移之後才存在於現在的位置。因為在如此緊挨恆星的位置上沒有足夠的材料原位生成質量如此巨大的行星。
  4. 軌道離心率都很低。這是因為它們的軌道都是圓形,或是經歷天秤動的過程而圓化。這也造成行星的公轉與自轉同周期相同,因此總以同一面朝向恆星,稱為潮汐鎖定[2]

通過徑向速度的方法,熱木星是最容易發現的系外行星,因為它們造成母恆星運動上的擺動,比其他類型的行星更為明顯。

系統中的類地行星

模擬顯示,一顆木星大小的行星在圓形星盤內的遷移(在恆星距離5天文單位至0.1天文單位之間),不如像一般人想像的具有毀滅性。超過60%的固體物質,包括能夠形成原行星盤的星子和原行星,會被氣體巨星驅離。在模擬中,在熱木星通過之並且軌道穩定在0.1天文單位的距離後,2個地球質量大小的行星會在適居帶的區域內出現。由於混合了從凍結線之外被帶入至內太陽系內的材料,模擬顯示在熱木星通過之後才形成的類地行星,含有的水分特別多。

視頻

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參考文獻