可观测Universe第57章 TrES4b

TrES-4b · 描述：异常蓬松的气态巨行星 · 身份：围绕恒星GSC 02620-00648运行的热木星距离地球约1400光年 · 关键事实：它的密度极低比软木塞还轻是当时已知密度最低的行星之一。

TrES-4b：宇宙中最“蓬松”的气态巨行星——第一篇·发现与基本特征 引言：系外行星探索的“异常样本” 当我们仰望星空视线所及的恒星大多已有数十亿年的历史它们周围或许正运行着另一类“太阳系”——由岩石行星、气态巨行星乃至冰巨星组成的恒星系统。

自2009年开普勒望远镜升空以来人类已确认超过5500颗系外行星其中一类被称为“热木星”的气态巨行星因其极端的轨道特性（通常距离宿主恒星仅0.01-0.1天文单位公转周期不足10天）成为研究热点。

而在这些“热木星”中TrES-4b（全称为TrES-4b编号GSC 02620-00648 b）以其反常的“蓬松”特质脱颖而出——它的平均密度仅为0.24克/立方厘米比软木塞（约0.24克/立方厘米注：软木塞实际密度因种类略有差异通常在0.1-0.3克/立方厘米间）还要轻成为人类发现的首批“超低密度系外行星”之一。

对TrES-4b的研究不仅挑战了我们对行星形成与演化的传统认知更揭示了极端环境下大气物理的奇妙规律。

本文将从它的发现历程说起逐步拆解这颗“宇宙”行星的基本参数、物理特性以及科学家如何通过观测数据拼凑出它的真实面貌。

一、TrES-4b的发现：凌日法的经典案例 TrES-4b的发现要追溯至2006年由跨大西洋系外行星调查（Trans-Atlantic Exoplanet Survey简称TrES）团队完成。

这是一项专门利用“凌日法”（Transit Method）寻找系外行星的巡天计划参与机构包括美国卡内基科学研究所、西班牙加那利天体物理研究所和哈佛-史密森天体物理中心。

凌日法：捕捉恒星的“眨眼” 所谓凌日法其核心原理是当行星从其宿主恒星前方穿过时（即发生“凌日”现象）恒星的可见光会被行星遮挡一部分导致亮度出现微小但可测量的下降。

这种亮度变化的幅度与行星的横截面积（即半径的平方）成正比而凌日的周期性则直接对应行星的公转周期。

通过连续监测大量恒星的亮度变化科学家可以筛选出可能的系外行星候选体。

TrES团队选择了银河系中靠近太阳系的区域利用三台小型望远镜（位于美国亚利桑那州的凯特峰国家天文台、西班牙拉帕尔马的罗克·德洛斯·穆查乔斯天文台以及以色列的内盖夫沙漠天文台）进行高频率测光观测。

这些望远镜虽口径不大（最大仅10厘米）但胜在数量多、覆盖广能高效识别凌日信号。

从信号到确认：排除误报的关键 2006年3月TrES团队的望远镜在监测恒星GSC 02620-00648时捕捉到一组规律的亮度下降信号：每隔3.55天这颗恒星的亮度会降低约0.015%（相当于被一个直径约为恒星1.7%的天体遮挡）。

初步分析显示这个信号符合气态巨行星凌日的特征——周期短（说明轨道近）、遮挡幅度适中（说明行星半径较大）。

但要确认这是一颗真实的系外行星而非仪器误差或其他天体（如食双星、背景恒星掩食）必须通过后续验证。

团队首先利用光谱仪对GSC 02620-00648进行径向速度测量（Doppler spectroscopy）通过分析恒星光谱的多普勒频移计算行星对恒星的引力扰动从而推断行星的质量。

结果显示该行星的质量约为木星的0.85倍（约268倍地球质量）结合凌日法测得的半径（约为木星的1.7倍即约19.2倍地球半径）其密度被计算为仅0.24克/立方厘米——这一数值远低于此前已知的热木星（如HD b的密度约0.69克/立方厘米WASP-12 b约0.56克/立方厘米）。

为彻底排除误报团队还调用了哈勃空间望远镜的高级巡天相机（ACS）进行高精度测光确认凌日信号的周期性和对称性；同时利用斯皮策空间望远镜的红外观测排除了红外波段的异常干扰。

最终2007年Mandushev等人在《天体物理学报》发表论文正式宣布发现TrES-4b称其为“目前已知密度最低的系外行星”。

二、宿主恒星GSC 02620-00648：“行星”的温床 要理解TrES-4b为何如此蓬松首先需要了解它的“母星”GSC 02620-00648。

这颗恒星是一颗光谱型为G0V的主序星与太阳类似但更年轻、更明亮——其质量约为太阳的1.1倍半径约为1.2倍太阳半径表面温度约6000K（太阳约5778K）光度比太阳高约20%。

它位于武仙座方向距离地球约1400光年（通过视差法测量）在夜空中肉眼不可见需借助小型望远镜才能观测到。

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