1207b(係外行星)
·描述：首顆被直接成像的係外行星1207運行的行星質量伴星，距離地球約170光年
·關鍵事實：它的發現於2004年首次為我們提供了係外行星的直接視覺證據。1207b：人類首張係外行星的“真容”上篇）
深夜的天文台穹頂下，望遠鏡的鏡片正對著南天長蛇座的深處。這裡的星光照耀了170年才抵達地球，卻在2004年的某個冬夜，被一台裝有自適應光學係統的儀器捕捉到——畫麵中，一顆暗弱的紅外亮點正圍繞著一顆更暗的褐矮星旋轉。這不是一次普通的觀測，而是人類第一次直接“看見”了係外行星的容貌。它就是21207b，一顆顛覆人類對行星認知的天體，也是我們打開“係外行星可視化時代”的鑰匙。
一、從“看不見”到“看得見”：係外行星探測的百年困境
在2004年之前，人類對係外行星的認知，全來自間接證據。
1995年，米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲宣布發現首顆圍繞類太陽恒星的係外行星——飛馬座51b。它的質量是木星的0.5倍，軌道周期僅4.2天，像一顆“熱木星”貼在恒星身邊。但科學家從未見過它的模樣——飛馬座51b離恒星太近，恒星的光芒會淹沒一切行星的信號，隻能通過“恒星擺動的徑向速度”反推它的存在。
此後十年，淩日法成為主流：當行星從恒星前方掠過，會遮擋約1的星光，望遠鏡能捕捉到這細微的亮度下降。2000年，人類發現首顆淩日係外行星hdb，它的直徑是木星的1.3倍，大氣中含鈉。但淩日法的局限同樣明顯：隻有行星軌道與地球視線平行時才能被發現，且無法獲取行星的“特寫”。
更關鍵的是，直接成像——這個最直觀的探測方式，長期被視為“不可能的任務”。恒星的亮度比周圍的行星高幾個數量級：比如太陽的亮度是木星的1000倍，是地球的100億倍。打個比方，要在100米外看清一支蠟燭旁的螢火蟲，蠟燭的光會完全掩蓋螢火蟲的微光。對於遙遠的係外行星而言，宿主恒星的眩光就是那支“蠟燭”，行星則是“螢火蟲”。
1.直接成像的技術瓶頸：如何“屏蔽”恒星的眩光？
要讓行星從恒星的陰影中“走出來”，必須解決兩個問題：
一是“看得清”：大氣湍流會讓恒星的光線散射，形成模糊的光斑天文學家稱為“seeing”）。1990年代，自適應光學係統adaptiveoptics,ao）的出現突破了這一障礙——它用高速變形鏡實時糾正大氣擾動，將圖像分辨率提升10100倍。比如歐洲南方天文台eso）的甚大望遠鏡vt），其nanaosnica）儀器搭載的自適應光學係統，能把恒星的像從“模糊的光團”壓縮成“銳利的點”。
二是“遮得住”：即使糾正了大氣擾動，恒星的亮度仍會讓行星的信號淹沒在噪聲中。這時需要日冕儀ronagraph）——一種專門設計的遮光裝置，用相位掩模或遮光板擋住恒星的核心光線，隻讓周圍的“衍射光”通過。日冕儀的名字來自太陽日冕的觀測：太陽的亮度太高，必須用遮光板擋住光球層的強光，才能看到外層的日冕。
但把日冕儀用在係外行星探測上，難度遠超太陽觀測：係外行星的距離更遠、更暗，宿主恒星的光線更難控製。比如，要讓行星的亮度對比達到10001相當於在太陽旁邊看到木星），日冕儀必須將恒星的光線抑製到原來的11000以下。
2.褐矮星：係外行星探測的“特殊靶標”
就在科學家攻克直接成像技術時，一類特殊的宿主天體進入了視野——褐矮星brondarf）。
褐矮星是“失敗的恒星”：它的質量介於行星和恒星之間約1380倍木星質量），核心的溫度和壓力不足以引發氫核聚變恒星的標誌性反應），隻能通過氘核聚變釋放少量能量持續約1000萬年）。因此，褐矮星的亮度極低——一顆25倍木星質量的褐矮星，距離170光年，亮度僅為太陽的1，比很多行星還暗。
但正是這種“暗”，讓它成為直接成像的理想宿主：宿主越暗，行星的相對亮度越高。比如，若褐矮星的亮度是太陽的1，那麼圍繞它的行星亮度是褐矮星的11000）的總亮度對比，會比圍繞太陽的行星亮度對比1）高1000倍。1207係統：一個“非典型”的恒星行星組合12071207a——一顆位於長蛇座的褐矮星，編號中的“2”代表它來自“2微米全天巡天”2ass），“1207”是它在巡天中的坐標。
小主，這個章節後麵還有哦，請點擊下一頁繼續閱讀，後麵更精彩！
1207a：一顆“冷到發紅”的褐矮星1207a的發現早於21207ass巡天的紅外數據，發現了一顆在可見光波段幾乎不可見的暗弱天體。後續觀測確認，它的質量約為25倍木星質量剛好超過褐矮星的質量下限13倍木星），表麵溫度僅2000k比太陽低5000k，呈深紅色），光譜類型為8.5最冷的恒星光譜類型是9）。1207a沒有“恒星的身份”：它的核心沒有氫核聚變，能量來自形成時的引力收縮類似行星的形成過程）。這種“低溫+低光”的特性，讓它成為直接成像係外行星的完美目標。1207b的“發現時刻”：2004年的那個冬天
2004年，由法國天文學家蓋爾·肖萬gaect的na儀器對準21207a——他們的目標是：尋找圍繞這顆褐矮星的行星。
團隊的策略很簡單：1207a的像變得銳利；1207a的核心光線，隻保留周圍的衍射光；
最後，拍攝一係列紅外圖像波長1.22.2微米，對應行星的熱輻射），對比不同時間的圖像，尋找移動的天體。
經過數周的觀測，團隊終於在圖像中發現了一個“亮點”：它的位置相對於21207a有微小的偏移，符合行星繞恒星公轉的軌道特征。進一步的分析顯示：1207a的11000；
軌道半徑約為80天文單位au，1au=地球到太陽的距離，約1.5億公裡），相當於太陽係中海王星軌道的2倍；
質量約為510倍木星質量通過軌道運動的質量下限計算）；
表麵溫度約1250k比木星高10倍，因為形成時的引力收縮仍在釋放能量）。
2004年11月，團隊在《自然》雜誌發表了這一發現，標題是《directiagingofasupaniontoabrondarf》褐矮星周圍次恒星伴星的直接成像）。這篇論文的結論震撼了整個天文學界：人類第一次直接看到了係外行星。12071207b的發現引發了激烈的爭論：它到底是“行星”，還是“褐矮星”？
根據國際天文學聯合會iau）的定義，行星需要滿足三個條件：
1.圍繞恒星或褐矮星）公轉；
2.質量足夠大，能通過引力坍縮成近似球形；
3.清空了軌道附近的區域即沒有其他天體與它競爭質量）。
而褐矮星的定義是：質量在1380倍木星之間，能進行氘核聚變，但無法進行氫核聚變。
1.質量的邊界：510倍木星質量，剛好在行星一側1207b的質量是510倍木星，遠低於褐矮星的下限13倍木星）。更重要的是，它的形成方式——團隊通過模擬發現，它不可能通過“直接坍縮”褐矮星的典型形成方式，即分子雲核心直接收縮成天體）形成，而是來自原行星盤的吸積：21207a周圍的原行星盤裡，氣體和塵埃逐漸聚集，形成了這顆行星。
直接坍縮形成的褐矮星，通常質量更大＞13倍木星），且軌道更靠近宿主因為分子雲核心的收縮會讓天體快速向中心墜落）。而21207b的軌道半徑達80au，且質量在行星範圍內，因此屬於“行星”。
1207b的表麵溫度約1250k，遠高於木星145c，即130k）。這不是因為它離宿主更近它的軌道半徑是木星的50倍以上），而是因為形成時的引力收縮——當天體從原行星盤聚集而成時，引力會將勢能轉化為熱能，使天體升溫。木星的核心溫度仍有k，就是因為形成時的收縮。1207b會逐漸冷卻：100萬年後，它的溫度會降到1000k以下，大氣中的甲烷會增多；10億年後，它會變成一顆“冷行星”，表麵溫度接近液氮的溫度77k）。
3.大氣層的證據：它有“行星的皮膚”os儀器對21207b進行了紅外光譜觀測，發現了甲烷ch?）的吸收線——這是行星大氣的典型特征。褐矮星的大氣中也有甲烷，但21207b的甲烷吸收線更“寬”，說明它的大氣層更厚、更活躍，類似於木星的大氣。
小主，這個章節後麵還有哦，請點擊下一頁繼續閱讀，後麵更精彩！
iri儀器進一步觀測了21207b的大氣，發現了水蒸汽h?o）和二氧化碳?）的信號。這些分子的豐度與太陽係的氣態巨行星木星、土星）相似，證明它確實是一顆“擁有大氣層的行星”。12071207b的發現，不僅僅是“找到了一顆行星”，更在於它驗證了直接成像技術的可行性，並為後續研究打開了大門。
1.證明直接成像可以“看見”係外行星1207b的成功，讓科學家相信：隻要宿主天體足夠暗比如褐矮星、年輕恒星），且行星軌道足夠遠，就能用自適應光學+日冕儀直接成像。
此後，直接成像技術快速發展：2008年，哈勃望遠鏡直接成像了foat直接成像了βpictorisb；2020年，jst直接成像了hipb。這些行星都有一個共同點：宿主是年輕恒星或褐矮星，軌道半徑大＞30au），溫度高＞1000k）。
1207b的形成方式原行星盤吸積），與太陽係的木星、土星類似。通過研究它的軌道、大氣、溫度，科學家可以驗證行星形成的“核心吸積模型”rearetionode）——即行星從原行星盤的小顆粒開始，逐漸聚集長大，最終形成巨行星。1207b的軌道半徑達80au，說明原行星盤的延伸範圍很大，允許行星在遠處形成。而它的質量510倍木星），則反映了原行星盤中氣體和塵埃的豐度——盤裡的物質越多，行星就能長得越大。
3.為尋找“類地行星”鋪路
直接成像的終極目標是找到類地行星——像地球一樣圍繞類太陽恒星運行，有液態水和大氣層的行星。但類地行星離恒星太近軌道半徑＜1au），恒星的眩光會完全掩蓋它們的信號。1207b的成功，讓科學家看到了“間接鋪路”的可能：先攻克“遠軌道、大質量行星”的直接成像，再逐步優化技術，降低對宿主亮度的要求，最終實現“類地行星的直接成像”。
比如，未來的南希·格蕾絲·羅曼空間望遠鏡nancygraceroanspaceteespe），將搭載更先進的日冕儀，能直接成像圍繞類太陽恒星的類地行星；而uvoir大型紫外光學紅外勘測望遠鏡）概念，將用更大的鏡麵和更強大的自適應光學，讓類地行星的“真容”清晰可見。12071207b的認知，常陷入兩個誤區：
1.它不是“圍繞恒星的行星”，而是“圍繞褐矮星的行星”1207a是褐矮星，但21207b的形成方式和物理特征，與太陽係的行星一致。天文學家將其歸類為“係外行星”，是因為它符合行星的定義——圍繞一個“次恒星天體”褐矮星）公轉，且質量在行星範圍內。
2.它不是“第一顆係外行星”，而是“第一顆被直接成像的係外行星”
在此之前，人類已經發現了100多顆係外行星比如飛馬座511207b的獨特之處，在於它是第一顆被人類“看見”的係外行星——我們不僅知道它存在，還看到了它的樣子、測量了它的溫度、分析了它的大氣。