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熱木星

熱木星（有時稱為熱土星）是一類系外行星，被推斷在物理上與木星相似，但軌道週期很短（「P」<10天）的氣態巨行星 [1]。它們離恆星很近，表面大氣溫度很高，因此被非正式地命名為「熱木星」[2]。

藝術家想像下的一顆熱木星－因自身的熱而發出紅光。
一位藝術家對圍繞其母恆星運行之熱木星的印象。

熱木星是最容易通過徑向速度法探測到的太陽系外行星，因為與其它已知類型的行星相比，它們在母恆星運動中引發的振盪相對較大且快速。最著名的熱木星之一是飛馬座51b。它於1995年被發現，是第一顆圍繞類太陽恆星運行的太陽系外行星。飛馬座51 b 的軌道週期大約是4天[3]。

一般特徵

 
截至2014年1月2日發現的熱木星（沿左邊緣，包括大多數使用凌日法探測到的行星，用黑點表示）。
 
隱藏著水的熱木星[4]。

儘管熱木星之間存在著多樣性，但它們確實有一些共同的特性。

  • 它們的決定性特徵是質量大，軌道週期短，跨越0.36–11.8木星質量和1.3–111地球日[5]。質量不能大於大約13.6木星質量，因為屆時行星內部的壓力和溫度將高到足以引起氘聚變，而這顆行星將是棕矮星[6]。
  • 大多數軌道接近圓形（低離心率）。人們認為它們的軌道是由附近恆星的攝動或潮汐力圓化的[7]。它們是在這些圓形軌道上長時間停留，還是與宿主恆星碰撞，取決於它們的軌道和物理演化的耦合，這通過能量耗散和潮汐變形而相關[8]。
  • 許多具有異常低的密度。到目前為止測得的最低值是TrES-4b的0.222g/cm3[9]。熱木星的半徑能有多大尚不完全清楚，但人們認為，膨脹的包層可歸因於恆星的高輻射、大氣的高不透明性、可能的內部能源，以及軌道離恆星足夠近，使行星外層超過洛希極限並被進一步向外拉[9][10]。
  • 通常情況下，它們被潮汐鎖定，一邊總是面向宿主恆星[11]。
  • 由於它們的週期短，而且有潮汐鎖定，因此很可能有極端和奇異的大氣層[3]。
  • 大氣動力學模型預測了強烈的垂直分層，強風和由輻射強迫以及熱量和動量傳遞驅動的超旋轉赤道噴流[12][13]。最近的模型還預測了各種風暴（旋渦），它們可以混合並輸送大氣層的冷熱氣體區域[14]。
  • 基於HD 209458 b的模型預測，大氣層的晝夜溫差很大，約為500 K（227 °C；440 °F）[13]
  • 它們似乎在F-和G型恆星周圍更常見，而在K型恆星附近則不那麼常見。紅矮星周圍的熱木星非常罕見[15]。對這些行星分佈的概括，必須考慮到各種觀測偏差，但總的來說，它們的普遍性隨著恆星絕對星等的函數呈指數級下降[16]。

形成與演化

天文學界對熱木星的起源有兩大觀點：遷移說和原位形成說，遷移說是目前學界流行的理論[17]。

遷移說認為，在恆星系的早期階段，熱木星先是在恆星系凍結線外由岩石、冰塊、氣體聚合形成。行星形成後，熱木星軌道內移，在距離恆星很近的地方形成穩定軌道。熱木星可能是通過II型遷移移動進入內層軌道[18][19][20]，也可能是因為受到了其他大質量天體干擾才進入內層軌道[21]。像大遷徙假說指出太陽系的木星也曾遷移，若無與隨後的土星產生重力交互作用，也有可能變成熱木星。

原位形成說認為，熱木星原本是超級地球形的岩石行星，在形成後逐漸吸附周圍氣體形成氣態巨行星，原來的岩石行星成為巨行星的固態內核。根據推算，固體表面的密度要達到104 g/cm2才可能成為氣態巨行星的內核，因此這一學說受到質疑[22][23][24]。

因熱木星十分靠近恆星，它們的大氣層可能會因為熱量被逐漸剝離。在大氣層被完全剝離之後，它們殘留的核可能成為冥府行星[25]。但目前尚未實際發現冥府行星，因此這一理論目前還屬於假說。

系統中的類地行星

模擬顯示，一顆木星大小的行星在圓形星盤內的遷移（在恆星距離5天文單位至0.1天文單位之間），不如像一般人想象的具有毀滅性。超過60%的固體物質，包括能夠形成原行星盤的星子和原行星，會被氣體巨星驅離[26]。在模擬中，在熱木星通過之並且軌道穩定在0.1天文單位的距離後，2個地球質量大小的行星會在適居帶的區域內出現。由於混合了從凍結線之外被帶入至內太陽系內的材料，模擬顯示在熱木星通過之後才形成的類地行星，含有的水分特別多[26]。

逆行軌道

不少已被發現的熱木星均有著一個逆行軌道，而這導致天文學家們對熱木星的形成產生了疑問。[27]雖然這些熱木星的軌道可能被影響了，但天文學家們卻相信是恆星因恆星磁場和行星形成盤之間的作用力，而使其自轉相反了，才導致這些熱木星有著一個逆行軌道。[28]

蓬鬆行星

 
雖然開普勒7b的質量只有木星的一半，但其體積還比木星大得多[29]

質量極低的熱木星被稱為蓬鬆行星（puffy planets）或熱土星（hot Saturns），全因它們的密度與土星相若。至今，天文學家已發現六個蓬鬆行星，它們分別是：HAT-P-1b[30]、柯洛1b、TrES-4、WASP-12b、WASP-17b和開普勒7b。[31]這些蓬鬆行星的質量皆小於半個木星。若蓬鬆行星的質量接近木星，那麼其重力就會將行星大小壓縮到接近木星的大小。[32]

衛星

理論上，熱木星很可能沒有任何天然衛星，全因其希爾球太小和恆星的潮汐力影響，導致熱木星無法穩定其衛星。儘管熱木星有衛星，但這些衛星的大小將會與小行星大小差不多。[33]

註釋

參考文獻

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相關條目

外部連結


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