2025年4月,一个国际天文学团队宣布在距离地球120光年的天秤座方向发现了一个编号为2M1510 (AB) b的行星系统,其轨道构型怪异到颠覆了所有传统行星理论。
这里一颗质量巨大的行星以垂直于双星轨道平面的方式运行,轨道倾角达到惊人的90度,成为人类观测史上首颗被确认的“极轨行星”。
更奇特的是,它的宿主并非普通恒星,而是宇宙中极为罕见的褐矮星双星系统——这对双星本身也是人类迄今发现的第二对“褐矮星食双星”。
当行星科学家还在为系外行星的多样性建立分类模型时,2M1510 (AB) b的发现直接挑战了天体力学的基础认知。
这颗行星的轨道平面与宿主双星轨道平面呈90度垂直夹角,这种构型在太阳系中完全无法想象。
在太阳系中,轨道倾角最大的水星也仅有7度偏离黄道面。即使是曾经被视为第九大行星的冥王星,其17度的倾角在2M1510 (AB) b面前也显得微不足道。
所谓“极轨”,指的是行星围绕宿主星两极运行的轨道。虽然人造卫星常被设计成极轨以实现全球覆盖观测,但在自然天体中发现这种轨道却是破天荒第一次——尤其是围绕双星运行的极轨行星。
这一发现直接冲击了行星形成的星云假说。该理论认为行星诞生于恒星周围的原行星盘——一个由气体和尘埃组成的扁平盘状结构。新形成的行星轨道理应与恒星赤道面大致对齐。
2M1510 (AB) b的极轨构型暗示这个行星系统经历过剧烈动荡。研究团队提出了三种可能的形成机制:
引力散射,行星最初在常规轨道形成,后被其他天体引力干扰抛入异常轨道;
星际捕获,这颗行星可能诞生于其他恒星系统,后被褐矮星引力捕获;
原行星盘倾斜,双星系统的复杂引力场导致原行星盘天生倾斜。
无论哪种机制,都指向一个充满暴力与混乱的行星形成史,挑战着我们对宇宙平静有序的固有印象。
让这个星系显得“怪到离谱”的不仅是那颗特立独行的行星,还有它环绕的宿主天体——一对罕见的褐矮星双星。
褐矮星被称为“失败的恒星”,它们在气体云中孕育时未能获得足够质量触发核聚变,因此质量介于最大行星和最小恒星之间(相当于13至75个木星质量)。
在宇宙中,由两颗褐矮星组成的双星系统极为稀少。虽然质量与太阳相当的恒星中有50%以双星形式存在,但褐矮星很少拥有伴星。
这对编号为2M1510 AB的褐矮星还有一个罕见特征:它们是人类发现的第二对褐矮星食双星。从地球视角看,两颗褐矮星会周期性地互相遮挡,导致整个系统亮度规律性下降。
在可见光波段,哈勃望远镜捕捉到的这对双星仅呈现为一个微弱的红点,毫不起眼的外表下却隐藏着宇宙级的轨道奇迹。
发现这颗看不见的极轨行星,需要精密的观测技术和创新的研究方法。研究团队最初的目标本是研究这对褐矮星双星的轨道特性,却在观测中注意到了一个奇特现象:这对褐矮星在前后“晃动”,如同被无形的力量推拉。
这种微妙的“晃动”是引力扰动的信号。通过分析晃动的规律,天文学家推断存在一个看不见的天体正通过引力影响双星运动。
计算结果显示,这个天体必须位于一个与双星轨道平面垂直的轨道上,才能产生观测到的晃动模式。
这种方法属于系外行星探测中的“视向速度法”——通过测量恒星光谱的多普勒偏移来推断其微小运动。当恒星因行星引力产生周期性摆动时,光谱线会规律性地蓝移和红移。
另一种常用方法是“凌日法”,即当行星经过恒星前方时遮挡部分星光导致亮度下降。
然而对于2M1510 (AB) b这样轨道特殊的行星,凌日现象可能极为罕见或不发生,使得视向速度法成为关键手段。
如果人类能站在2M1510 (AB) b表面,将目睹宇宙中最壮观的天空表演。由于轨道垂直于双星平面,这颗行星会周期性经过双星的两极区域。
在行星年的某些时刻,两颗褐矮星会并肩悬挂在天空;而在另一些时刻,其中一颗会消失在另一颗后方,形成罕见的“双日落”或“双日食”奇观。
更奇特的是季节变化:当行星位于轨道最高点时,观测者会看到两颗恒星在天空中相互环绕;当行星运行到轨道最低点时,两颗恒星则出现在相反的天空两侧。
这种轨道构型可能导致极其异常的气候模式。参考其他异常轨道行星的研究(如HD 80606 b),巨大的轨道偏心率会导致温度在数小时内翻倍,引发秒速5公里的超音速风暴。
虽然2M1510 (AB) b的轨道偏心率尚未确定,但其独特的轨道构型很可能产生类似甚至更剧烈的气候现象。
接收星光最多的区域会不断从赤道移动到两极再返回,导致温度骤变和前所未见的飓风系统。
这个怪异行星系统的发现,为寻找地外生命提供了新思路。传统上,天文学家聚焦于类太阳恒星周围的“宜居带”——行星表面可能存在液态水的区域。
然而2M1510 (AB) b系统提出了另一种可能性:褐矮星周围也可能存在宜居环境。
褐矮星虽然未能点燃氢聚变,但仍会释放残余热量和红外辐射。一颗距离适中的行星仍可能获得足够热量维持液态水——特别是如果它拥有温室气体大气层或潮汐加热机制。
詹姆斯·韦布空间望远镜的最新观测表明,一些质量介于地球和海王星之间的“亚海王星”(如同样距离地球约120光年的K2-18b)可能存在含碳分子的稀有海洋。
褐矮星系统的辐射环境可能比活跃的红矮星更温和。红矮星频繁的耀斑会剥离行星大气层,而褐矮星的辐射相对稳定,为生命演化提供了更温和的环境。
虽然2M1510 (AB) b本身可能是一颗气态巨行星而非宜居世界,但它的存在证明了褐矮星系统能够形成行星。未来可能在围绕这些“失败的恒星”周围发现岩质系外卫星,成为寻找外星生命的新目标。
尽管取得了突破性发现,2M1510 (AB) b系统仍充满未解之谜。
行星质量,初步观测仅能给出最小质量估计,真实质量可能更高;大气组成,是否拥有浓厚大气?成分如何?形成历史,什么力量将其推入极轨?是否存在其他未被发现的行星?
新一代望远镜将深入探索这个系统。詹姆斯·韦布空间望远镜可分析行星大气的红外光谱;极大望远镜(ELT)可能直接成像这颗行星;阿里尔系外行星空间望远镜(2028年发射)将专门研究系外行星大气。
这一发现还提出了一个根本性问题:为什么太阳系如此“规整”?银河系中普遍存在的是类似2M1510的紧凑、多星系统,而非太阳系这样的单一恒星系统。
天文学家逐渐认识到,我们的家园可能才是宇宙中的“另类”。开普勒望远镜发现的400多个多行星系统中,行星往往像“豆荚里的豌豆”——大小相近、轨道规则间隔,与太阳系行星大小悬殊、间距不一的特征形成鲜明对比。
2025年初,当伯明翰大学团队将望远镜对准天秤座那个微小红点时,没人预料会发现一个轨道构型如此怪诞的行星系统。
极轨行星2M1510 (AB) b的存在如同宇宙对天体物理规则的嘲弄:在银河系数千亿颗行星中,它选择了最不可能的角度运行。
随着韦布望远镜的红外镜头即将对准这个系统,科学家们意识到,这仅仅是开始——宇宙的想象力远比人类大胆,它随手画下的轨道,就足以让所有行星教科书黯然失色。