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热木星

热木星（有时称为热土星）是一类系外行星，被推断在物理上与木星相似，但轨道周期很短（“P”<10天）的气态巨行星 [1]。它们离恒星很近，表面大气温度很高，因此被非正式地命名为“热木星”[2]。

艺术家想像下的一颗热木星－因自身的热而发出红光。
一位艺术家对围绕其母恒星运行之热木星的印象。

热木星是最容易通过径向速度法探测到的太阳系外行星，因为与其它已知类型的行星相比，它们在母恒星运动中引发的振荡相对较大且快速。最著名的热木星之一是飞马座51b。它于1995年被发现，是第一颗围绕类太阳恒星运行的太阳系外行星。飞马座51 b 的轨道周期大约是4天[3]。

一般特征

 
截至2014年1月2日发现的热木星（沿左边缘，包括大多数使用凌日法探测到的行星，用黑点表示）。
 
隐藏著水的热木星[4]。

尽管热木星之间存在著多样性，但它们确实有一些共同的特性。

  • 它们的决定性特征是质量大，轨道周期短，跨越0.36–11.8木星质量和1.3–111地球日[5]。质量不能大于大约13.6木星质量，因为届时行星内部的压力和温度将高到足以引起氘聚变，而这颗行星将是棕矮星[6]。
  • 大多数轨道接近圆形（低离心率）。人们认为它们的轨道是由附近恒星的摄动或潮汐力圆化的[7]。它们是在这些圆形轨道上长时间停留，还是与宿主恒星碰撞，取决于它们的轨道和物理演化的耦合，这通过能量耗散和潮汐变形而相关[8]。
  • 许多具有异常低的密度。到目前为止测得的最低值是TrES-4b的0.222g/cm3[9]。热木星的半径能有多大尚不完全清楚，但人们认为，膨胀的包层可归因于恒星的高辐射、大气的高不透明性、可能的内部能源，以及轨道离恒星足够近，使行星外层超过洛希极限并被进一步向外拉[9][10]。
  • 通常情况下，它们被潮汐锁定，一边总是面向宿主恒星[11]。
  • 由于它们的周期短，而且有潮汐锁定，因此很可能有极端和奇异的大气层[3]。
  • 大气动力学模型预测了强烈的垂直分层，强风和由辐射强迫以及热量和动量传递驱动的超旋转赤道喷流[12][13]。最近的模型还预测了各种风暴（旋涡），它们可以混合并输送大气层的冷热气体区域[14]。
  • 基于HD 209458 b的模型预测，大气层的昼夜温差很大，约为500 K（227 °C；440 °F）[13]
  • 它们似乎在F-和G型恒星周围更常见，而在K型恒星附近则不那么常见。红矮星周围的热木星非常罕见[15]。对这些行星分布的概括，必须考虑到各种观测偏差，但总的来说，它们的普遍性随著恒星绝对星等的函数呈指数级下降[16]。

形成与演化

天文学界对热木星的起源有两大观点：迁移说和原位形成说，迁移说是目前学界流行的理论[17]。

迁移说认为，在恒星系的早期阶段，热木星先是在恒星系冻结线外由岩石、冰块、气体聚合形成。行星形成后，热木星轨道内移，在距离恒星很近的地方形成稳定轨道。热木星可能是通过II型迁移移动进入内层轨道[18][19][20]，也可能是因为受到了其他大质量天体干扰才进入内层轨道[21]。像大迁徙假说指出太阳系的木星也曾迁移，若无与随后的土星产生重力交互作用，也有可能变成热木星。

原位形成说认为，热木星原本是超级地球形的岩石行星，在形成后逐渐吸附周围气体形成气态巨行星，原来的岩石行星成为巨行星的固态内核。根据推算，固体表面的密度要达到104 g/cm2才可能成为气态巨行星的内核，因此这一学说受到质疑[22][23][24]。

因热木星十分靠近恒星，它们的大气层可能会因为热量被逐渐剥离。在大气层被完全剥离之后，它们残留的核可能成为冥府行星[25]。但目前尚未实际发现冥府行星，因此这一理论目前还属于假说。

系统中的类地行星

模拟显示，一颗木星大小的行星在圆形星盘内的迁移（在恒星距离5天文单位至0.1天文单位之间），不如像一般人想象的具有毁灭性。超过60%的固体物质，包括能够形成原行星盘的星子和原行星，会被气体巨星驱离[26]。在模拟中，在热木星通过之并且轨道稳定在0.1天文单位的距离后，2个地球质量大小的行星会在适居带的区域内出现。由于混合了从冻结线之外被带入至内太阳系内的材料，模拟显示在热木星通过之后才形成的类地行星，含有的水分特别多[26]。

逆行轨道

不少已被发现的热木星均有著一个逆行轨道，而这导致天文学家们对热木星的形成产生了疑问。[27]虽然这些热木星的轨道可能被影响了，但天文学家们却相信是恒星因恒星磁场和行星形成盘之间的作用力，而使其自转相反了，才导致这些热木星有著一个逆行轨道。[28]

蓬松行星

 
虽然开普勒7b的质量只有木星的一半，但其体积还比木星大得多[29]

质量极低的热木星被称为蓬松行星（puffy planets）或热土星（hot Saturns），全因它们的密度与土星相若。至今，天文学家已发现六个蓬松行星，它们分别是：HAT-P-1b[30]、柯洛1b、TrES-4、WASP-12b、WASP-17b和开普勒7b。[31]这些蓬松行星的质量皆小于半个木星。若蓬松行星的质量接近木星，那么其重力就会将行星大小压缩到接近木星的大小。[32]

卫星

理论上，热木星很可能没有任何天然卫星，全因其希尔球太小和恒星的潮汐力影响，导致热木星无法稳定其卫星。尽管热木星有卫星，但这些卫星的大小将会与小行星大小差不多。[33]

注释

参考文献

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相关条目

外部链接


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