55 Cancri e 是一颗身份不明的系外行星。
在 2004 年发现它以灼热的近距离轨道围绕一颗 40 光年外的恒星运行时，天文学家称这颗行星为“超级地球”。55 Cancri e 的质量略低于地球的八倍，大小是地球的两倍，它是一个轻量级的行星，横跨了类地行星和气态巨行星之间模糊的界限。我们的太阳系中不存在类似的东西。多年来，研究人员认为对其中间大小的最佳解释是，一个多岩石的、地球大小的内核被一层厚厚的、蒸汽腾腾的大气层所覆盖。然而，现在，一颗新的行星地图——这是此类小行星的首张地图——表明 55 Cancri e 可能根本没有大气层，并且可能是一个无空气、半熔融的炉渣球。
剑桥大学的布莱斯-奥利维尔·德莫里领导的团队利用 NASA 的红外斯皮策太空望远镜进行了 80 小时的观测，粗略地绘制了该行星的热“相曲线”——即它围绕恒星运行时亮度的变化。这颗行星被潮汐锁定在其恒星上，这意味着该行星每绕轨道运行一周只自转一次，因此一个半球永远沐浴在阳光下，而另一个半球则在黑暗中衰退。该团队的测量结果表明，该行星的夜侧实际上会呈现出红色的光芒，因为其温度似乎超过 1000 摄氏度——像高炉一样热。真正令人惊讶的是，55 Cancri 的白天温度是其两倍，其最热点从其预期的恒星正下方的位置向东移动。这项发现发表在《自然》杂志上。(《大众科学》是施普林格自然的一部分。)
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白天和夜晚温度之间的极端差异表明 55 Cancri 没有明显的大气层，因为风应该在两个半球之间重新分配热量。然而，移动的白天热点表明，无论如何都在重新分配热量，将其从行星表面上恒星辐射最强的“次恒星点”向东扫去。“我们首次使用遥感技术来绘制超级地球的温度分布图，”剑桥大学的研究合著者尼克胡·马杜苏丹说。“这是一个很好的结果，但它告诉我们的是非常奇怪的：一部分数据表明这颗行星不可能有大气层，但另一部分数据表明那里有必须流动的东西。”
德莫里认为，这种“东西”可能是熔岩。“如果 55 Cancri e 没有大气层，它的热点将意味着我们看到的是一个裸露的岩石行星，其表面有一片流动的熔岩，将部分热量从白天转移出去，”德莫里说。白天将被流动的熔岩海覆盖，最轻、粘度最低的熔岩将流向夜晚，在那里它们可能会冷却、变得迟缓并结晶成固体岩石。
或者，他说，这颗行星可能拥有大气层，尽管是非常奇怪的大气层，充满了蒸发的岩石云。盛行风可能会随着行星的自转将云向东扫去，从而形成移动的热点，但岩石蒸汽必须在进入夜侧后非常迅速地冻结并落到地面上。“问题在于找到一种可以像这样表现的化合物混合物，”德莫里说。“我们需要一种有趣的东西，它在白天可能是气态的，但在晚上仍然会凝结。我们已经寻找过，但到目前为止，我们还没有找到任何符合这些标准的物质，因此我们首选的解释是熔岩，除非有相反的证据。”
麻省理工学院的天文学家和行星科学家萨拉·西格说：“我们拥有一个超级地球的相曲线，这真是太令人兴奋了。”“这表明天文学家正在尽最大努力优化技术，以在越来越小的行星上工作，并且大自然再次交付了一颗围绕附近明亮恒星运行的迷人行星。”
这个动画插图显示了岩石系外行星 55 Cancri e 的一种可能情景，它的大小几乎是地球的两倍。新的斯皮策数据表明，该行星的一侧比另一侧热得多，这可以用熔岩池的可能存在来解释。
来源：NASA/JPL-Caltech
一个困难的目标
并非所有人都相信 55 Cancri e 是一个熔岩世界，或者斯皮策的行星相曲线甚至根本有效。麦吉尔大学的天文学家尼古拉斯·考恩曾使用斯皮策数据创建气态巨行星系外行星的热图，他不确定老化的望远镜是否有能力调查较小的行星。“原始望远镜数据通常会显示几个百分点的变化，这与所讨论的行星甚至其宿主恒星无关，”考恩说。相比之下，55 Cancri e 声称的变化相当于以百万分之几为单位测量的亮度变化。如此精密的测量目前之所以完全有可能，是因为该行星的宿主恒星非常明亮，因此为天文学家提供了更多可以使用的光子。此外，55 Cancri e 会凌日其恒星，这意味着它会从地球上看到的角度穿过恒星表面，投下阴影，天文学家可以从中挖掘有关该行星可能的大气层和表面的信息。
“如果这是真的，那么这是一个令人兴奋的结果，标志着外地质学和外气候学的碰撞，”考恩继续说道。“我怀疑信号本质上是仪器造成的，而不是天体物理学造成的。斯皮策的表现比预期的要好，但我们通常会将其推到超出规格的数量级之外。我们通过仔细建模航天器和仪器本身可能导致行星系统的表观亮度随时间变化的所有方式来提取科学……我们非常确定我们可以信任我们的斯皮策模型，精度达到大约万分之一；就探测器行为而言，我们处于未知领域。”
加州理工学院的天文学家希瑟·克努森是斯皮策对巨型系外行星进行热成像的先驱，她也持类似的怀疑态度。“这里价值数十亿美元的问题是，55 Cancri e 实际上是否是一颗几乎没有大气层的岩石行星，”她说。
克努森是她的博士后比约恩·本内克领导的团队的一员，该团队现在正在使用哈勃太空望远镜监测该行星是否有大气层的迹象。特别是，他们正在观察行星凌日的情况，寻找由于富氢大气层吸收星光而导致的行星阴影明显变宽的迹象。已经有一个竞争团队使用了本内克的观测计划中公开的数据，声称探测到 55 Cancri e 上存在大气层，但克努森也怀疑这些结果。“这颗行星一直是哈勃和斯皮策多次大型观测活动的的目标，但我们仍在努力弄清楚关于其内部组成以及——如果有的话——其大气层的基本问题的答案，”克努森说。“这说明了观测如此小的行星的难度。”
深入研究
如果 55 Cancri e 实际上是一个熔岩世界，它可能会开启研究系外行星的新领域。在现在已知的数千颗系外行星中，大多数是靠近恒星的温暖超级地球，这表明这种行星可能是我们星系中最常见的行星。美国宇航局的凌日系外行星巡天卫星 (TESS) 和欧空局的系外行星表征卫星 (CHEOPS) 将于 2017 年发射，它们应该共同发现并研究更多像 55 Cancri e 一样围绕附近恒星运行的行星。
德莫里说，CHEOPS 团队已经在计划对 Cancri 55 e 进行广泛的观测，以寻找与可能发生的火山爆发相关的羽流或其他爆发。他说，计划于 2018 年发射的 NASA 詹姆斯·韦伯太空望远镜可以研究被其恒星的强烈辐射溅射到行星上的汽化物质的化学成分，嗅探像辉石和橄榄石等岩石的迹象，以追踪遥远世界上的地球化学循环。或者，它可以彻底否定 Cancri 55 e 拥有熔岩海洋的说法。
“人们可能想知道，当这种行星如此不适宜居住并且与地球如此不同时，为什么它会如此有趣，”加州理工学院的地质学家、研究合著者弗拉达·斯塔门科维奇说。“但是，为了了解类地行星，我们必须以某种方式了解它们的化学成分和内部结构，这决定了对生命至关重要的事情，如海洋和大气层。像 55 Cancri e 这样部分熔融的行星可以让我们更多地了解它们的内部以及它们是如何形成的。”
斯塔门科维奇补充说：“这些行星很有帮助，但它们是地狱般的，你不会喜欢在那里生活。”“但是，它们将为有一天了解那些行星提供巨大的帮助，如果我们能去那里，我们就会想坐下来，倒上一杯饮料，欣赏日落。”