艺术家绘制的在开普勒-47c轨道上看“两个太阳”的情景
开普勒-47c和开普勒-47b的轨道示意图
天文学家首次发现一个奇特的行星系统，其中拥有两颗恒星，目前在该系统中发现了两颗行星世界，这个情景就有些像科幻电影《星球大战》中天行者的家乡：塔图因星球，这颗星球同样拥有两个太阳。宇宙中多数类似太阳这样的G型主序星并不是单一恒星，而科学家本次在双星系统中发现的行星具有非同寻常的轨道，此类行星被称为环双星行星(circumbinary planets)，围绕着两个太阳进行公转。
为了寻找到更多的环双星行星，天文学家分析了来自美国国家航空航天局开普勒系外行星探测器的数据，该空间望远镜自2009年3月发射以来已经发现了2300多个潜在的外星世界，在此之前开普勒系外行星探测器已经对四个双星系统的行星轨道进行探测，如开普勒-16、开普勒-34、开普勒-35以及开普勒-38。
科学家近日宣布的发现结果为开普勒-47行星系统，这是第一个在双星系统中发现多个内外侧行星轨道的世界，位于内侧的行星编号为开普勒-47b，外层轨道上的行星编号为开普勒-47c，它们距离我们大约5000光年，位于天鹅座方向上。本项探索研究的主要科学家为来自圣地亚哥州立大学天文学家杰罗姆·欧罗斯（Jerome Orosz）认为我们对开普勒-47行星系统的研究中发现双星系统中可以存在多个行星，星系中发现的大多数恒星都是双体系统或者多体系统构成，所以在此类恒星系统中证明可以存在多个行星世界的事实是非常重要的。如果我们仅限于在单恒星系统中寻找潜在的可居住行星，那么我们将错过银河系中大部分恒星。
诸如《星球大战》中的塔图因星球，我们的轨道望远镜并不能直接观测到它们的存在，由于距离太遥远，我们只能在这些行星通过其公转恒星圆盘面时才能发现其身影。这是由于行星过境会导致恒星的亮度出现微弱的变化，而开普勒系外行星探测器可以发现恒星光线微弱的偏差。
系外行星过境时导致恒星亮度降低的幅度是极为微弱的，比如开普勒-47b行星过境变化值仅为0.08%，而开普勒-47c的变化值仅为0.2%。相比之下，金星过境时就可以阻挡住大约1%的太阳盘面积。研究人员对来自开普勒系外行星探测器数据的研究可以推断出目标行星的一些轨道参数以及行星的相对体积等，此外，科学家们还得到了来自麦克唐纳天文台哈兰·史密斯望远镜的跟踪观测数据。
在开普勒-47双星系统中，其中一颗恒星类似于我们的太阳，另一颗恒星的大小是前者三分之一，且更加昏暗，亮等只有前者的175分之一。位于内侧轨道和外侧轨道的行星直径分别是地球的3倍和4.6倍，而在这之前，科学家们发现在别的双星系统中发现了更小的环双星行星。内侧轨道上的行星为开普勒-47b，公转周期为49.5天，而外侧轨道上的开普勒-47c公转周期就显得更长一些，达到了303.2天，这是目前为止在过境系外行星中发现的最大周期公转的行星，由于该系统为双星系统，两颗恒星的互相环绕周期为7.5天。本项研究的成果发表在8月28日出版的《科学》杂志上，详细的结果将在8月29日于国际天文学联合会大会上公布。
然而，在如此独特的双星系统中具有非同寻常的行星轨道，这些行星是否是可居住的呢？对于系外行星的可居住性进行探索是一个耐人寻味的研究，科学家们发现开普勒-47双星系统中的处于外侧轨道的开普勒-47c行星具有与地球类似的轨道环境，因为其处于此双星系统的可居住带上，这意味着该行星上的温度可以支持液态水的存在。根据本次研究的合作者、来自哈佛-史密森天体物理学中心的约书亚·卡特（Joshua Carter）介绍：“我们目前对开普勒-47双星系统的认识推测其和太阳系相类似，但它们拥有两颗太阳。”
图中显示了由艺术家绘制的开普勒-47双星系统中两颗行星的体积大小对比图，处于外侧轨道的开普勒-47c行星很可能是一颗体积比天文学稍大的气态行星。本张图由美国国家航空航天局喷气推进实验室、加州理工学院提供。
通过进一步的研究，科学家们发现外层轨道上的开普勒-47c行星可能是一颗体积略大于天文学的巨型气态行星，因此其不适合我们目前对宇宙生命的推论，但本项研究也显示在双星系统中不仅存在环双星行星，而且也有行星可以位于恒星周围的可居住带上。根据本项研究合著者、来自圣地亚哥州立大学的天文学家威廉·威尔士（William Welsh）介绍：“研究中令我最兴奋的是在环双星行星中发现了存在于可居住带上的行星世界。开普勒-47c行星不可能适合生命的存在，但如果它拥有较大的岩质卫星，那么将是一个非常有趣的世界。”
科学家认为双星系统中行星世界可能具有奇怪的天气，比如《星球大战》中的塔图因行星。环双星行星的气候受到双星系统中特异的轨道影响，可能产生影响范围较广的全球性气候波动。对于地球而言，太阳是一个相对稳定的热量来源，来自太阳的能量或者光照变化大约只有0.1%左右，我们不需要担心太阳现在发生了什么，地球所接受到的光源是稳定的。但对于一颗围绕于双星系统的系外行星而言，在几天至数周内接受到的光照就会出现数个百分点幅度的变化，此外如果这颗行星的自转轴是倾斜的，也会对行星的全球性气候构成影响，所以此类环双星行星的四季变化是快速而又复杂的。
另外，众所周知地球的自转周期是24小时，这样我们就有了白天和黑夜，如果我们拥有两个太阳的话，那么就会出现超过12个小时的白昼时间，恒星的位置决定了环双星行星的黑夜和白昼。开普勒系外行星探测器已经发现的所有环双星行星的轨道都与其公转恒星轨道之间存在密切关系，如果这样的行星上存在高级文明，那么它们将会定期看到日全食等奇观，比如在开普勒-47双星系统中，当第二颗恒星运行到另外一颗恒星之前时，周围轨道上行星接受到的光照量减少了大约15%，这个情况每隔7天半就会发生一次。
通过本项对双星系统周围行星轨道环境的研究，科学家认为未来可能还会更多的小太阳系被发现，此项研究表明了在双星系统中可以形成行星，甚至它们可以在看似混乱的轨道环境中演化。研究人员希望得出开普勒-47双星系统中的行星起源位置位于更远轨道上的结论，因为根据现有的天体演化理论，这里的轨道环境对体积较大行星的形成更加有利，它们最终会在与双星系统周围尘埃以及气体的相互作用过程中向内侧轨道迁移。
天文学家之前认为环双星运行的行星或者大多数的行星形成于恒星周围早期存在的尘埃盘，但在双星系统中尘埃盘可能无法完成演化，由于两颗恒星轨道的相互运动，这样的原始行星盘应该无法诞生新的行星。但是现在看来，在双星系统中除了轨道间距有细微差别之外，双星系统中的行星世界与单恒星系统的行星轨道环境类似。在将来，研究人员希望在双星系统中寻找到更小的系外行星，天文学家杰罗姆·欧罗斯认为将来会有更好的软件介入对系外行星的探索任务，通过对开普勒系外行星探测器数据的分析，我们将会发现更多环双星行星世界。
来源:腾讯科学
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