asp17b(係外行星)
·描述：首顆逆行軌道行星
·身份：圍繞恒星asp17運行的熱木星，距離地球約1300光年
·關鍵事實：它的公轉方向與母星自轉方向相反，這種逆行軌道可能源於過去的行星引力散射。
asp17b：1300光年外的“軌道反叛者”與行星係統的暴力童年上篇）
引言：行星軌道的“鐵律”，被一顆“逆行者”撕開
當我們談論“行星如何運行”，腦海中總會浮現出整齊的同心圓——就像太陽係裡，八大行星沿著近乎同一方向繞太陽旋轉，軌道傾角大多小於7度。這種“同向性”，曾被行星科學奉為“鐵律”：核心吸積理論認為，行星從恒星原行星盤的塵埃中緩慢生長，自然會繼承盤的旋轉方向，與恒星自轉保持一致。
但2009年，一顆編號為asp17b的係外行星，用它的“逆行軌道”，給這層“鐵律”砸出了一道裂縫。它是人類首次確認的逆行軌道係外行星——公轉方向與母星asp17的自轉完全相反，像一顆故意“倒著轉”的宇宙塵埃，迫使我們重新審視行星係統的演化史。
更驚人的是，這顆“反叛者”還是一顆熱木星：質量僅為木星的12，半徑卻比木星大50，密度低到能“浮在太陽係土星之上”。它的存在，不僅挑戰了軌道形成的傳統認知，更揭開了熱木星家族“蓬鬆膨脹”的秘密。
今天，我們要走進這顆1300光年外的“怪胎行星”，從它的母星、發現過程，到逆行軌道的謎底，再到它對行星科學的顛覆——這是一場關於“宇宙叛逆者”的深度解碼，更是一次對“行星誕生規則”的重新書寫。
一、母星asp17：一顆“年輕氣盛”的f型恒星
要理解asp17b的“叛逆”，必須先認識它的“家長”——asp17又名tyc65451311）。這顆位於天蠍座的恒星，是f型主序星的典型代表，卻有著遠超同類的“活力”。
1.f型恒星的“個性”：更熱、更亮、更年輕
asp17的光譜型為f6vv代表主序星），意味著它處於恒星演化的“壯年期”，但年齡僅約3億年——比太陽45億年）年輕15倍。這種“年輕”，讓它保留了許多恒星形成初期的特性：
溫度更高：表麵有效溫度約6500k太陽約5778k），發出的光更偏向藍白色；inosity光度）是太陽的2.5倍，能照亮周圍更廣闊的原行星盤；
自轉更快：f型恒星的自轉速度通常比g型恒星如太陽）快，asp17的自轉周期約為10天太陽約25天），更快的自轉讓它的磁場更活躍，恒星風也更強烈。
2.原行星盤的“殘留”：行星係統的“動蕩溫床”
年輕恒星的原行星盤，是行星的“誕生地”。asp17的原行星盤雖已演化了3億年，但仍未完全消散——哈勃望遠鏡的觀測顯示，盤內仍有大量塵埃和氣體，分布在0.110au的區域。這種“未清理乾淨”的環境，意味著行星係統正處於“暴力童年期”：行星胚胎之間的碰撞、恒星潮汐力的擾動、盤的不對稱性，都可能改變行星的軌道。
對於asp17b來說，這種“動蕩”恰恰是它“逆行”的關鍵——它誕生於一場“混亂的碰撞”，又被原行星盤的潮汐力“扭轉”了軌道。
二、asp17b的發現：淩日法捕捉到的“逆行信號”
asp17b的發現，源於英國萊斯特大學主導的“廣域行星搜索”asp）項目——這是人類曆史上最成功的淩日法巡天項目之一，旨在用多台小型望遠鏡，掃描數十萬顆恒星，尋找行星淩日的“亮度下降”信號。
1.淩日法的“蛛絲馬跡”：第一次發現異常
2007年，asp項目的aspsouth望遠鏡位於南非）在觀測asp17時，捕捉到一個周期性的亮度下降：每3.74天，恒星亮度會降低約0.015——這是典型的“淩日信號”，說明有一顆行星從恒星前方經過。
但天文學家很快發現，這個信號的“形狀”有點奇怪：
持續時間更長：典型的熱木星淩日如hdb）持續約3小時，而asp17b的淩日持續了約4小時；
亮度恢複更快：淩日後亮度回升的速度，比順行行星稍快。
最初，團隊以為這是觀測誤差，但後續3年的跟蹤觀測，確認了這個信號的周期性和穩定性——確實存在一顆行星，軌道周期3.74天，半長軸約0.051au約760萬公裡）。
2.徑向速度的“反轉”：逆行軌道的鐵證
要確認行星的軌道方向，需要徑向速度法——測量恒星因行星引力產生的微小擺動，判斷行星的引力方向。
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2010年，asp團隊用harps光譜儀歐洲南方天文台的高精度徑向速度行星搜索器），對asp17進行了為期6個月的觀測。結果顯示：
恒星的徑向速度曲線，呈現出“逆向”變化——當行星“靠近”恒星時，恒星的運動方向與順行行星的情況相反；
結合淩日信號的軌道傾角計算通過淩日持續時間和恒星半徑，算出軌道傾角約170±5度）——這意味著，asp17b的公轉方向，與asp17的自轉方向完全相反！
這是人類首次確認一顆係外行星擁有逆行軌道。消息一出，天文學界震動：行星軌道的“同向性”鐵律，被打破了。
三、逆行軌道的謎底：行星係統的“暴力童年”
為什麼asp17b會“倒著轉”？天文學家提出了三種主流理論，其中“行星引力散射”最被廣泛接受。
1.理論一：行星胚胎的“致命碰撞”
核心吸積理論認為，行星誕生於原行星盤的塵埃團，逐漸生長為“行星胚胎”質量約0.11倍地球）。這些胚胎會在盤中遊蕩，頻繁碰撞合並。
對於asp17b來說，它可能原本是一顆順行熱木星胚胎，但在形成後不久約1億年前），與另一顆大質量行星胚胎或褐矮星，質量約1020倍木星）發生了近距離碰撞。這次碰撞的衝量，足以將它的軌道傾角從原本的“順行”＜90度）扭轉到170度以上，變成“逆行”。s，碰撞角度約為30度，就能將行星的軌道傾角扭轉到170度——這與asp17b的觀測結果完全吻合。
2.理論二：原行星盤的“潮汐扭轉”
另一種可能是原行星盤的不對稱性。如果asp17的原行星盤存在密度擾動比如某個區域的塵埃更密集），或者盤的自轉軸與恒星自轉軸有1020度的偏移，行星在形成過程中，會受到盤的潮汐力作用，逐漸改變軌道傾角。
這種“盤扭轉”機製，更適合解釋那些“輕度逆行”傾角90150度）的行星，但對於asp17b這種“接近完全逆行”170度）的行星，碰撞理論更合理——因為盤扭轉的力量不足以讓軌道傾角扭轉到如此大的角度。
3.理論三：恒星自轉的“減速耦合”
恒星在形成初期，自轉速度很快可達每天1圈），但會通過磁製動恒星風帶走角動量）逐漸減速。如果行星的軌道角動量與恒星自轉角動量的耦合很強，恒星減速可能會帶動行星軌道的傾角改變。
但這種理論對asp17b不適用：它的軌道周期僅3.7天，恒星減速的影響微乎其微，無法讓軌道傾角扭轉到170度。
結論：碰撞是“逆行”的主因
綜合三種理論，行星胚胎的引力散射是最合理的解釋。asp17b的逆行軌道，本質上是它“童年時期”一場“致命碰撞”的遺產——這也說明，行星係統的早期演化，遠比我們想象的更暴力。
四、熱木星的“膨脹之謎”：潮汐加熱與低密度之謎
asp17b不僅是“逆行者”，還是熱木星家族的“膨脹冠軍”：質量0.49倍木星，半徑1.51倍木星，密度僅0.2g3——比太陽係土星0.7g3）還輕，能像氣球一樣“浮”在太陽係中。
1.潮汐加熱：恒星的“搓手取暖”
asp17的質量是太陽的1.2倍，半徑是太陽的1.4倍，所以它的潮汐力比太陽強10倍以上。當asp17b繞恒星運行時，恒星的引力會拉伸行星的兩端：靠近恒星的一側受到的引力更大，遠離的一側更小，這種“引力差”產生潮汐力矩，導致行星內部摩擦，釋放熱量。
根據計算，asp17對asp17b的潮汐加熱功率約為1.5x102?瓦——相當於1000億顆氫彈同時爆炸的能量。這些熱量會加熱行星的內部，使大氣膨脹，半徑變大。
2.高溫：熱膨脹的“助推器”
asp17b的軌道半長軸僅0.051au，表麵溫度高達1230±50k約957c）。高溫會讓大氣中的分子運動加劇，進一步推動行星膨脹。這種“潮汐加熱+高溫熱膨脹”的組合，讓asp17b成為已知最蓬鬆的係外行星。
3.大氣特性：高溫下的“霧狀雲”
e望遠鏡的stis光譜儀觀測顯示，asp17b的大氣中含有鈉na）和鉀k）——這是熱木星的典型特征。但與hdb等熱木星不同，asp17b的大氣存在逆溫層：高層大氣溫度約1500k）比低層約1200k）更高。
天文學家推測，這是恒星紫外線輻射的加熱結果——紫外線穿透高層大氣，加熱氣體分子，形成逆溫層。此外，大氣中可能還有鋁氧化物a?o?）或鐵fe）的雲，但因為溫度太高，這些雲呈“霧狀”，而非液態，無法形成像木星那樣的條紋結構。
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五、與同類行星的對比：asp17b為何“獨一無二”？
在asp17b之前，天文學家已發現多顆逆行行星如hatp7b、asp19b），但asp17b的“獨特性”在於三個“最”：
1.最年輕的逆行熱木星
asp17b的母星年齡僅3億年，比hatp7b母星20億年）、asp19b母星10億年）年輕得多。這種“年輕”，讓它的逆行軌道更“新鮮”——碰撞的痕跡尚未被時間抹去。
2.最蓬鬆的熱木星3）是已知熱木星中最低的。相比之下，hd3，asp193——asp17b的“膨脹程度”，遠超同類。
3.逆行軌道證據最明確
asp17b的軌道傾角170度）是逆行行星中最接近“完全反向”的，且徑向速度和淩日信號的“一致性”最高——幾乎沒有爭議，它是真正的逆行行星。
六、科學意義：改寫行星形成的“教科書”
asp17b的發現，對行星科學的衝擊，遠超一顆“怪胎行星”的範疇——它從根本上，改變了我們對行星係統演化的認知。
1.挑戰“軌道同向性”鐵律
核心吸積理論認為，行星軌道應與恒星自轉同向，但asp17b的逆行，說明行星軌道可以被後期過程改變。這意味著，行星的“出生方向”不重要，重要的是“成長過程中經曆了什麼”。
2.揭示熱木星的“多樣性”