TOI-201 多行星系統現形，超級地球、暖木星與棕矮星揭開行星演化新線索

一項發表於《科學進展》（Science Advances）上的新研究證實了一個正在不斷演化的多行星系統 TOI-201，幫助天文學家了解系外行星之間的動態相互作用，有助於研究我們自己太陽系的行星系統是如何形成和演化。

TOI-201是一顆F型主序星，距離地球約113秒差距。系統包含三個系外行星，一顆超級地球（TOI-201 d）、一顆暖木星（TOI-201 b）和棕矮星（TOI-201 c）。

超級地球（TOI-201 d）是一顆岩質行星，體積約為地球的1.4倍，質量約為地球的6倍，公轉週期為5.85天。它距離恆星非常近，而且溫度可能過高，不適合液態水存在。

暖木星（TOI-201 b）是一顆質量約為木星一半的氣態巨行星，公轉週期為53天。它的位置介於熱木星（公轉週期數天）與寒冷氣態巨行星（木星公轉週期約12年）之間，具有相當高的科學研究價值，因為天文學家尚不清楚它們形成的方式以及如何遷移至所在的軌道。

棕矮星（TOI-201 c）是此系統中，除恆星之外質量最大的天體（約16倍木星質量），其軌道呈橢圓形，週期7.9年。TOI-201 c也是迄今為止TESS資料庫中凌日周期最長的天體。它的獨特之處在於極長的軌道週期與擁有兩個內行星，且質量接近大質量行星與棕矮星之間的界線，其形成方式究竟是像行星還是恆星仍然是謎團。

▲ 太陽系（左）與TOI-201（右）的比較。圖中顯示超級地球（TOI-201 d）與暖木星（TOI-201 b）皆位於水星軌道內，棕矮星（TOI-201 c）擁有較高的軌道離心率，距離範圍從火星軌道內至木星軌道外。（Source：新墨西哥大學）

TOI-201是極少數能在人類時間尺度上觀測到行星軌道動態變化的系統，為天文學家提供一個難得的即時窗口窺見行星系統的動態生命發展。

研究團隊結合四種觀測技術來確認該系統的性質，第一種是光譜（徑向速度），用來測量恆星因行星繞行擺動產生的光譜偏移，能確定行星的質量。第二種方法是凌日法，透過記錄行星從恆星前方經過造成的光度變化能得到行星凌日週期。第三種技術為凌日時間變分法（TTV），透過測量行星凌日時間發生的微小偏差，以判斷是否存在另一顆行星的引力作用。

最後，研究人員也利用了天體測量學，該方法使用依巴谷（Hipparcos）和蓋亞（Gaia）任務的數據來探測恆星在天空中位置的微小變化，這些變化是由一顆未被觀測到的大質量伴星引起的。

實際上，團隊預測在200年後，這三個天體只剩下兩個還會繼續發生凌日事件。這些行星的軌道彼此傾斜並相互吸引改變軌道方向，若這些行星誕生於恆星早期形成的原行星盤平面上，它們的軌道應該要接近平行，因此找出TOI-201系統的三個天體究竟是如何形成傾斜軌道是下一個課題。

200年後，超級地球將停止凌日；幾百年後，暖木星也將停止凌日，之後棕矮星也會停止凌日。然而，由於它們會經歷凌日和非凌日狀態的循環，數千年後它們又會開始凌日。TOI-201 c 的下一次凌日預計發生在2031年3月26日，這將為全球範圍內的後續觀測提供難得的機會，包括公民科學家的觀測。

（本文由台北天文館授權轉載；首圖為示意圖，來源：新墨西哥大學）