開普勒-78b

“開普勒-78b”是利用美國宇航局“開普勒太空望遠鏡”收集的數據發現的，花費了3.5年時間觀測恆星亮度規律性的下降，也就是俗稱的過境，它描述了行星從恆星面前經過的特徵。這揭示了行星的大小，它遮擋的恆星光越多，行星體積越大。為了捕捉當行星經過恆星表面時所導致的亮度變暗，這架望遠鏡在太空運轉了4年，對150000多顆恆星進行了不間斷監視。

天文學家利用一種叫“視向速度”的方法測量了該行星的質量。這種方法基於行星圍繞中央恆星公轉時，彼此的引力牽引導致恆星的晃動。又以“凌星法”測量了其質量，當系外行星經過中央恆星表面的時候，會短暫遮擋一些光線，導致星光看起來變暗，“開普勒望遠鏡”基於這點來判斷出行星的體積。

“開普勒-78b”是第一顆同時精確測定了質量和體積的系外行星。知道這兩個參數之後，天文學家就可以計算它的密度和判定它的組成。研究表明，“開普勒-78b”的體積是地球的1.2倍，質量是地球的1.7倍。由此推斷，這顆行星主要由岩石與鐵組成 ^[6]  。該行星因為週期很短，天文學家首先以電腦分析資料時未能發現到它，因此開普勒78b沒有 KOI目錄的編號。

開普勒太空望遠鏡首次觀測到並沒有提供行星質量的任何直接暗示，因此行星的密度，作為行星組成成分的線索，也成了未知數測量行星質量最成功的的技術之一便是觀測行星引力導致恆星的微小波動。行星質量越大，距離恆星越近產生的波動也就越大。地球質量的行星一般非常小以至於很難檢測到波動的變化，除非它們距離母恆星非常的近，

當科學家們發現開普勒-78b公轉一年只有8小時後 ^[6]  ，兩支科研小組開始嘗試的計算它的質量。

霍華德的研究小組利用位於夏威夷的凱克望遠鏡觀測它的恆星。同時瑞士日內瓦大學的弗朗西斯科·佩佩（Francesco Pepe）帶領的另一支研究小組利用西班牙拉帕爾瑪島的高精度徑向速度行星搜索儀（HARPS-N）望遠鏡進行觀測。

霍華德的研究小組報告稱這顆行星半徑是地球的1.2倍，質量是地球的1.69倍。佩佩小組計算出它的半徑是地球的1.6倍，質量是地球的1.86倍。兩人都提出了該行星密度大約為5.5g/cm^3，和地球相似

不幸的是，這顆行星非常熾熱以至於岩石可能已經熔化。因此利用這項技術發現更冷更宜居的地球雙胞胎可能會非常艱難，這主要是因為它們與宿主恆星的距離。

研究人員認為開普勒78b與母星之間的距離只有水日距離的大約1/40。據估計，這顆行星的表面可能已經完全熔化或部分汽化，形成一個巨大的熔岩海洋，温度高達2800℃。

開普勒78b環繞的恆星可能比較年輕，旋轉速度是太陽的2倍。令天文學家感到興奮的是，他們探測到來自開普勒78b的光線。這是天文學家第一次探測到體積如此小的系外行星反射的光線，能夠幫助他們瞭解開普勒78b的表面構成和反射性。

開普勒78b距離母星很近，科學家希望對這顆行星的引力對母星產生的影響進行測量。測量獲取的數據可用於推算開普勒78b的質量，讓開普勒78b成為第一顆質量可知的體積與地球相當的系外行星。為了發現開普勒78b，研究小組藉助開普勒望遠鏡對超過15萬顆恆星進行了觀測。

為了發現開普勒78b，研究小組對能夠説明一顆行星可能週期性在恆星前方穿過的光線變暗現象進行了觀測。麻省理工學院的羅伯託·薩奇斯·奧傑達表示：“我一直密切觀察，突然間，我發現光線變暗，所出現的時間與我們的預計相同，真的是太美了。我認為我們發現了來自這顆行星的光線。這是一個令人非常興奮的時刻！“ ^[2] 

每個生物水都佔了六到九成的質量，這顆星球的平均温度為2760℃，是水的沸點的約28倍，所以你在這顆行星上會迅速乾癟，除了碳所有物質將會被析出。韋恩指出：“生活在一個充斥着熔岩的世界將是怎樣一番景象，你只能靠自己的想象了。”不過，這並不能排除其他軌道週期較短的系外行星具有適居性。韋恩的小組正在尋找環繞冷星運行的系外行星。冷星也被稱之為“褐矮星”，是一種“失敗的恆星”，因質量不足無法成為燃燒的恆星，但其質量仍遠大於太陽系最大的行星木星。韋恩説：“如果環繞一顆褐矮星運行行星會在幾天內靠近這顆恆星。此時的行星如果温度適中的話仍有適居性。

“我們並沒有發現尋找可居住區裏地球大小行星的捷徑，”霍華德説道。“這將要求新一代的極穩定的光譜攝影機以及世界上最大的望遠鏡。”然而，開普勒-78b也提出了一個更加直接的謎題：為什麼這顆行星會存在？當行星系統形成時，年輕的恆星更大，它將完全吞沒處於軌道的開普勒-78b。這意味着這顆行星應該形成於非常遠的距離然後朝恆星逐漸靠近。但如果事實的確如此，那麼應該已經完全落入恆星內部。

無論是哪種情況，這顆行星的診斷都不容樂觀：理論學家預測在未來30億年，重力將導致開普勒-78b旋轉落入自身恆星並被撕成碎片， ^[3] 

2013年12月10日據美國《探索》雜誌網站報道，在眾多系外行星中，開普勒-78b顯得與眾不同，這不僅是因為它的大小與地球相當，可能擁有岩石的地表和一個鐵核。開普勒-78b與地球之間的相似性可能還並不侷限於此。它圍繞一顆與太陽比較相似的恆星“開普勒-78”運行，距離非常近，因此行星1“年”的長度僅有8.4小時（僅次於開普勒70b，短於KELT-9b）。事實上，由於它和它的“太陽”之間的距離實在太過接近，其地表的平均氣温至少有2600℃，甚至可以有3200℃的高温。因此，將其稱為一個岩石行星實際上是不嚴謹的。

但這還並非是開普勒-78b背後謎團的全部，事實上，科學家們認為這顆行星根本就不應該存在。

美國哈佛-史密松天體物理中心(CfA)的天文學家大衞·拉森(David Latham)在一份新聞稿中表示：“這顆行星完全是一個謎團。我們不知道它為何會形成，也不知道它如何會遷移到它如今所在的位置上。但我們的確很清楚一點，那就是這樣的狀況將不會永遠持續下去。”

按照現有的行星形成理論，這顆行星簡直就是異類——它的體積比較小，大約比地球大出20%左右，它不可能在所處的位置上演化形成，並且理論中也找不出任何一種機制能夠使其從別處遷移到這裏。但有一點是肯定的，那就是它不能生存太久，不久的某天它必將迎來末日。

不過這裏的“不久”是天文意義的尺度，對於一顆根本就不該存在的行星來説，這樣的壽命已經夠慷慨了。按照估算，開普勒-78b將在大約30億年後與主星相撞併成為其部分。

恆星開普勒-78位於天鵝座，距離地球約400光年。當其處於恆星的主序前期時，其體積要大得多。而當天文學家們嘗試計算這顆恆星在其演化早期的體積大小時，他們發現那時候行星開普勒-78b的軌道將會位於恆星內部。哈佛-史密松天體物理中心的天文學家迪米特·薩塞洛夫(Dimitar Sasselov)説：“它當然不可能在今天所處的位置上形成，因為你不能在一顆恆星的內部形成一顆行星。”

那麼是否有可能是這顆行星早期曾經擁有更遠的軌道，而在此後才逐漸發生了向內遷移？這一種可能性也已經被研究人員排除。薩塞洛夫表示：“它不可能是在遠處形成之後再向內遷移到目前位置的，因為如果那樣的話它就會直接一頭撞上恆星。因此我們處於兩難境地。”

但儘管擁有此類奇特的特徵，開普勒-78b並不孤單，實際上它代表了一類由美國宇航局開普勒空間望遠鏡發現的新類型系外行星。這類系外行星的大小與地球接近，並且軌道非常靠近恆星(公轉週期低於12小時)。在這其中，開普勒-78b是首顆被測定了大小和密度的成員。拉森表示：“開普勒-78b是這一新類型系外行星的典型代表。”

儘管是開普勒小組最先發現了開普勒-78b，但在研究過程中科學家們還藉助了設置在西班牙加那利羣島上的天文觀測設備，以及夏威夷凱克望遠鏡的高分辨率觀測數據。開普勒空間望遠鏡探測系外行星的原理是所謂的“凌星法”——即對恆星進行精確測光，當有行星從恆星面前經過時便會遮擋恆星的一部分光芒，從而導致恆星的亮度出現輕微下降而被檢測到。這樣的測量數據可以用來估算系外行星的直徑大小。而另一種方法則被稱作“徑向速度法”，其基本原理是：當行星圍繞恆星運行時，儘管其質量相比恆星而言很小，但仍然會對恆星產生一定的影響，使其出現輕微的晃動。通過檢測這種晃動效應，科學家們便能估算出系外行星的質量。將徑向速度法與凌星法獲得的數據資料相結合，科學家們便可以計算出系外行星的密度數值。

天文學家們指出，在我們太陽系的內部水星軌道內側也完全可能曾經過一顆大行星，只是後來整個被太陽吞噬，沒有留下一點痕跡。而從另一方面來説，儘管這類奇特的系外行星的起源問題尚不明朗，但或許可以將它們稱作“伊卡魯斯行星”——正如古希臘神話中的人物伊卡魯斯那樣，它們飛地離太陽太近了。這無異於飛蛾撲火，最終會將它們引向滅亡。 ^[4]