天琴座中兩顆系外行星Kepler-138c和Kepler-138d與太陽系中的任何行星都不同
（神秘的地球uux.cn）據cnBeta：由蒙特利爾大學（UdeM）領導的天文學家團隊發(fā)現(xiàn)兩顆系外行星可能主要是水。天文學家發(fā)現(xiàn)有證據表明圍繞一顆紅矮星運行的座中兩顆系外行星是"水世界"，即水占體積很大一部分的兩顆行星。這兩顆行星位于218光年外天琴座的系外行星一個行星系統(tǒng)中，與我們太陽系中發(fā)現(xiàn)的天琴任何行星都不同。
對一個被稱為開普勒-138的座中行星系統(tǒng)的詳細研究結果將于今天（12月15日）發(fā)表在《自然-天文學》雜志上。該小組由蒙特利爾大學特羅蒂爾系外行星研究所（iREx）的兩顆博士生Caroline Piaulet領導。
作為Björn Benneke研究小組的系外行星一員，Piaulet用美國宇航局的天琴哈勃和退役的斯皮策太空望遠鏡觀察了系外行星Kepler-138c和Kepler-138d。她發(fā)現(xiàn)這些行星--其大小約為地球的座中1.5倍--可能主要由水組成。這些行星和離這顆恒星更近的兩顆行星伴侶，開普勒-138b，系外行星此前已經被美國宇航局的天琴開普勒太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)。
水并沒有被直接探測到。座中然而，兩顆通過將這些行星的大小和質量與模型進行比較，他們得出結論，其體積的很大一部分應該是由比巖石輕但比氫或氦重的材料構成的（這些材料構成了像木星這樣的氣體巨行星的主體），水是符合這些規(guī)格的最常見的候選材料。
"我們以前認為，比地球大一點的行星是由金屬和巖石組成的大球，就像地球的放大版，這就是為什么我們稱它們?yōu)槌壍厍颍?Benneke解釋說。"然而，現(xiàn)在已經有證據表明，開普勒-138c和d在性質上有很大的不同：它們整個體積中的很大一部分可能是由水組成。這是我們第一次觀察到可以自信地確定為水世界的行星，這種類型的行星被天文學家理論上存在了很長時間。"
c和d行星的體積是地球的三倍多，質量是地球的兩倍，其密度比地球低得多。這令人驚訝，因為迄今為止被詳細研究過的大多數(shù)僅比地球稍大的行星似乎都是像我們一樣的巖石世界。研究人員說，與這兩顆行星最接近的比較是外太陽系中的一些冰冷的衛(wèi)星，它們也主要由圍繞著巖石核心的水組成。
"想象一下木衛(wèi)二或土衛(wèi)二的大版本，它們是圍繞木星和土星運行的富含水的衛(wèi)星，但更接近它們的恒星。開普勒-138 c和d不是一個冰冷的表面，而是有一個大的水蒸氣包層。"
根據研究人員的說法，這些行星可能不像我們在地球上那樣直接在行星的表面有海洋。"開普勒-138c和開普勒-138d大氣層中的溫度可能高于水的沸點，我們預計在這些行星上會有一個由蒸汽構成的厚實、密集的大氣層。"Piaulet說："只有在這種蒸汽大氣之下，才有可能有高壓下的液態(tài)水，甚至是在高壓下出現(xiàn)的另一種相的水，稱為超臨界流體。"
最近，蒙特利爾大學的另一個團隊發(fā)現(xiàn)了另一顆名為TOI-1452 b的行星，它有可能被液態(tài)水海洋所覆蓋，但是需要美國宇航局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡來研究其大氣層并確認海洋的存在。
該系統(tǒng)中的一顆新系外行星
2014年，天文學家宣布利用美國宇航局開普勒太空望遠鏡的數(shù)據探測到三顆圍繞開普勒-138的行星，這是一顆位于天琴座的紅矮星。發(fā)現(xiàn)它是以行星過境為基礎的--當行星在其恒星前面瞬間經過時，星光的可測量的凹陷。
Benneke和他的同事，來自新墨西哥大學的Diana Dragomir，提出了在2014年和2016年之間用哈勃和斯皮策太空望遠鏡重新觀察該行星系統(tǒng)的想法，以捕捉開普勒-138d，該系統(tǒng)中的第三顆行星的更多過境，以研究其大氣。
盡管美國宇航局開普勒太空望遠鏡早期的觀測只顯示了圍繞開普勒-138的三顆小行星的凌日，Piaulet和她的團隊驚訝地發(fā)現(xiàn)，哈勃和斯皮策的觀測表明該系統(tǒng)中存在第四顆行星，開普勒-138e。
這顆新發(fā)現(xiàn)的行星很小，而且離它的恒星比其他三顆更遠，需要38天才能完成一個軌道周期。這顆行星位于其恒星的宜居帶，這是一個溫帶區(qū)域，行星從其涼爽的恒星上獲得恰到好處的熱量，既不會太熱也不會太冷，從而允許液態(tài)水的存在。
然而，這顆額外的、新發(fā)現(xiàn)的行星的性質仍然是一個懸而未決的問題，因為它似乎沒有經過它的主星，觀測這顆系外行星的過境將使天文學家能夠確定其大小。
現(xiàn)在有了開普勒-138e，以前已知的行星的質量又通過凌日時間變化法進行了測量，該方法包括跟蹤行星在其恒星前凌日的精確時刻因附近其他行星的引力而發(fā)生的微小變化。
研究人員還有一個驚喜：他們發(fā)現(xiàn)開普勒-138c和d這兩個水世界是"雙胞胎"行星，具有幾乎相同的大小和質量，而它們以前被認為是截然不同的。另一方面，距離較近的行星開普勒-138b被證實是一顆火星質量的小行星，是迄今已知最小的系外行星之一。
Benneke總結說："隨著我們的儀器和技術變得足夠敏感，可以發(fā)現(xiàn)和研究離恒星更遠的行星，我們可能開始發(fā)現(xiàn)更多像開普勒-138c和d這樣的水世界。"