系外行星搜索卫星CHEOPS意外发现一颗陌生行星

这一发现是CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) 的首批成果之一，也是第一次观测到周期超过100天的系外行星通过一颗肉眼可以看到的明亮恒星。这一发现发表在《Nature Astronomy》上。

这颗跟太阳相似的明亮恒星被称为Nu2 Lupi，距离地球50光年多一点，位于豺狼座(Lupus)。2019年，智利欧洲南方天文台(ESO)的HARPS（全称High precision Radial velocity Planet Searcher）在该系统中发现了三颗质量介于地球和海王星之间的系外行星（称为b、c、d），它们的轨道周期分别为11.6天、27.6天和107.6天。之后，NASA的TESS卫星发现了两颗内部行星--b和c凌日了Nu2 Lupi，使其成为仅有的三颗肉眼可见的恒星中有一颗以上的凌日行星。

“像Nu2 Lupi这样的凌日系统对于我们理解行星是如何形成和进化的非常重要，因为我们可以详细比较同一颗明亮恒星周围的几颗行星，”来自比利时列日大学的研究员、这篇论文的第一作者Laetitia Delrez说道，“我们的想法是继续之前对Nu2 Lupi的研究，用CHEOPS观测从Nu2 Lupi前面经过的行星b和c，但在行星c凌日期间，我们惊讶地看到了行星d的意外凌日，而行星d位于太阳系的更远处。”

行星凌日为研究它们的大气、轨道、大小和组成提供了宝贵的机会。当一颗凌日行星从其恒星前面经过时，它挡住了恒星的一小部分光线，但这一小部分光线是可以探测到的。正是这一小部分光线为研究人员带来了新发现。由于长周期的系外行星的轨道距离它们的恒星很远，因此在凌日期间发现行星的可能性非常小，这使得CHEOPS的发现非常令人惊讶。

通过利用CHEOPS的高精度技术，行星d的半径被发现约为地球的2.5倍，环绕其恒星的公转周期为107天多一点。此外，利用地球望远镜的观测资料，它的质量被估计为地球质量的8.8倍。

“跟许多其他已知的系外行星相比，恒星落到行星d上的辐射量非常小。如果它在我们的太阳系中，Nu2 Lupi d就会在水星和金星之间运行，”IAC的高级博士后研究员、这项研究的论文合著者Mahmoudreza oshah指出，“再加上它明亮的母恒星、长轨道周期和适合后续研究的理想状态，这意味着行星d是非常令人兴奋的：它是一个例外的对象，没有已知的同类，它肯定会是未来研究的基础对象。”

迄今为止发现的大部分长周期凌日系外行星都是围绕恒星运行的，然而这些恒星太过微弱所以无法进行详细的后续观测，这意味着我们对它们的属性知之甚少。然而Nu2 Lupi足够明亮，它足以吸引其他强大的太空望远镜，如NASA/ESA的哈勃太空望远镜、未来的詹姆斯韦伯太空望远镜以及地面上的主要天文台。“考虑到它的一般性质和轨道，行星d将是一个研究一颗大气温度适中的系外行星的非常有利目标，其周围的恒星与太阳相似，”Laetitia Delrez补充道。

结合来自CHEOPS的新数据和其他天文台的存档数据，研究人员发现行星b主要是岩石，而行星c和d似乎含有大量的水，它们的周围则是氢气和氦气。事实上，行星c和d所含的水比地球多得多，它们各自质量的1/4为水，相比之下，地球上的水质量占比不到0.1%。但这些水不是液体而是高压的冰或高温的水蒸气。

“虽然这些行星都不适合居住，但它们的多样性使这个系统非常令人兴奋并为展示这些天体是如何形成的以及它们是如何随着时间变化的提供了一个伟大的前景，”IAC研究员、这篇文章的合著者Enric Pallé解释道，“我们还可以在Nu2 Lupi系统中寻找光环或卫星，因为CHEOPS的极高精度和稳定性可以让我们探测到接近火星大小的天体。”

CHEOPS的目的是收集已知存在行星的单个恒星的高精度数据，而不是对许多恒星周围可能存在的系外行星进行更全面的调查。这种方法和准确性被证明对理解我们周围恒星周围的行星系非常有用。

“这些令人兴奋的结果再次显示了这颗卫星的主要潜力，”Enric Pallé说道，“CHEOPS不仅会让我们能更好地了解已知的系外行星，而且正如这一结果和任务初始阶段的其他结果所显示的，它将使我们能够发现新的行星并揭示它们的秘密。”