如果我没记错的话，我高中的时候第一次看到「绘架座beta星（即Beta Pictoris）有一个尘埃盘」的新闻（注1）。在当时还没有一颗系外行星被发现，大家所熟知的行星系统全宇宙就太阳系一个，而且任何一个行星系似乎都该长成这个样子。

 

当年新闻报导绘架座beta星尘埃盘的照片

 

我们正在目睹行星的诞生！经过30年的观察，天文学家发现靠近Beta Pictoris的吸积盘逐渐被清空（A），然后在2003年首度拍摄到Beta Pictoris b（B），并在2009与2010两度拍摄到已凌日的Beta Pictoris b（C）。由此计算Beta Pictoris b的轨道半轴长约9AU，即土星绕日的平均半轴长

当然，那是30年前的事了。结果第一批确认的系外行星就很诡异，因为天文学家发现有两颗岩质行星绕一颗中子星－严格来说是中子星里的脉冲星－运行（注2）。而第一颗被证实的主序星行星51 Pegasi b倒是一颗木星型的气态行星（质量约木星的0.472倍），问题是所在位置－木星离太阳的距离约5.2AU，表面温度约165K（1K等于摄氏-273.15度）；可是51 Pegasi b离51 Pegasi只有0.52AU，表面温度约1284K。

 

51 Pegasi b的示意图

51 Pegasi b是目前所有热木星的原型，这种完全出乎意料之外的位置直接挑战了行星形成的理论。目前这个称为「大迁徙假说」的理论认为，任何原行星盘里所产生的第一颗木星型行星往往会进行轨道的漂移，如果原行星盘的质量不够大，只够产生一颗木星型行星的话，多半会迁移到恒星附近并形成热木星。但像太阳系这样产生第二颗木星型行星（即土星）的话，行星与恒星间的引力交互作用会让两颗气态行星稳定地运行在离恒星较远的地方。

一般热木星大约是在离恒星0.015-0.5AU的位置运行，由于距离太近，目前所发现的热木星都被潮汐锁定，也就是自转与公转同步，其中一面永远面对恒星，因此面对恒星这一面的表面温度非常的高。之前所发现表面温度最高的热木星的表面温度约2800K（注3），在这种温度下，几乎所有的重金属都能熔解。

 

WASP-121 b的示意图，由于离母星太近，稍大的分子如水或其它气体被蒸发溢散至太空，因此WASP-121 b运行时就像慧星拖著慧尾一样

Kelt-9 b的发现不仅刷新了热木星最高的表面温度，它甚至需要新的行星形成模型与新的行星大气模型来描述。Kelt-9b离地球约620光年，是一棵质量约2.88倍木星的气态行星，离母星约0.03AU的距离运行，表面温度高达4600K，事实上比所有K5以下的主序星（注4）的表面温度都高（K5V主序星的表面温度为4450K），而M型主序星即红矮星（表面温度在3500K以下），可能占这个宇宙中70%以上的恒星，因此Kelt-9 b的表面温度甚至比近3/4的恒星都还要高。

 

绕行Kelt-9的Kelt-9 b。Kelt-9 b运行时应该也会拖著一条尾巴，但这尾巴是分子还是原子就不得而知了

 

运行中的Kelt-9 b

Kelt-9 b会有那么高的表面温度是因为母星，也就是Kelt-9有很高的表面温度。Kelt-9的质量是太阳的2.5倍，表面温度高达10140K，刚好介于B型与A型主序星之间（标准的B9V型主序星的表面温度约为10600K，标准的A0V型如织女星则约为9600K）。如果Kelt-9算是B型主序星的话，那么Kelt-9b会是B型主序星里所发现的第一颗「小」质量行星。

当然这个「小」是一种相对的定义，毕竟Kelt-9 b的质量是木星的2.88倍。但目前B型主序星里只有两颗恒星被发现有巨大质量的行星级天体在绕行，分别是绕行HIP 78530的HIP 78530 b与Kappa Andromedae（仙女座Kappa，中文名为螣蛇廿一）的Kappa Andromedae b。这两颗天体都被直接拍摄下来，HIP 78530 b的质量是23倍木星质量，轨道半轴约710AU（冥王星的轨道半轴约39.5AU），表面温度达2800K；而Kappa Andromedae b的质量约13倍木星质量，轨道半轴约55AU，表面温度1700K。它们能被拍摄下来的原因是因为很高的表面温度（因为是释放热量，因此可以被精密的红外线相机拍到）以及够长的轨道半轴，重点是两颗天体都在13倍木星质量或以上，刚好位于棕矮星的下限之上（注5）。

 

太阳（G2V型黄矮星）、M型红矮星、棕矮星、木星、与地球在大小上的差异

棕矮星是质量太低，核心不能维持大规模的氢融合反应，与主序恒星不同的次恒星，质量大约在13-65倍木星质量之间，可是半径却跟木星差不多。虽然棕矮星无法借由氢融合产生能量，但在冷却的过程中却可释放大量的热量，这是为什么有些棕矮星的表面温度可以到2000K以上（木星的表面温度虽然只有165K，但其释放出的热量依然比从太阳接收者为多）。虽然HIP 78530 b与Kappa AAndromedae b是棕矮星或是大质量气体行星仍未有定论（目前认为它们是棕矮星者较为普遍，因为星体是由分子云的重力塌陷而产生的可能性较高），但比起Kelt-9 b不仅大了许多，而且轨道离母星也远多了。所以Kelt-9 b的存在在B型主序星里是第一个例子，也挑战了行星形成的理论。

  

少数被发现的绕行B型恒星的大质量气体行星/棕矮星，拜星体散发出的大量热量与更精密的红外线照相机，所以两颗星体虽然离地球相当遥远，却依然能被直接拍摄下来

主序星的形成是由以氢与氦为主所组成分子云起始，经过压缩后（促进气体压所的来源通常是附近超新星爆炸或星系碰撞的冲击波），分子云产生重力塌陷，并开始旋转。等到质量达到一定的比例后（下限是太阳的0.07倍），重力塌陷的中心就能点燃氢融合反应。可是质量越大的恒星（如O型与B型主序星），在很多的时间内就能产生强大的恒星风，使得原行星盘内的物质还来不及吸积成行星就被恒星风吹散。Kelt-9 b显然是由原行星盘内产生，或许是因为Kelt-9没有大到能在行星形成前就产生恒星风，可是也没能让更多的行星产生。

 

赫罗图（Hertzsprung-Russel diagram）。是由丹麦天文学家Ejnar Hertzsprung及由美国天文学家Henry N. Russell分别于1911年和1913年各自独立提出的，他们利用恒星的亮度、颜色和光谱之间的统计关系绘制出这张图谱，最终证明与恒星演化的过程相关。图谱中最长的一条即为主序带，在主序带里的主序星，其光度、表面温度、与恒星直径都成正相关；主序带上方的恒星是主序星老化时所膨胀而成的巨星，其光度与恒星直径和表面温度成反比，也就是表面温度偏低，可是光度与恒星直径却很大；在主序带下方的为白矮星，其光度与恒星直径和表面温度也是成反比，但与巨星相反，即表面温度很高，可是光度与恒星直径很小。

Kelt-9 b另一个值得研究的地方即为它的超高温度。只要是能形成氢融合反应的恒星，整个星体就是由原子而非分子组成，这是因为温度太高而使分子电离化而成原子电浆。Kelt-9 b的表面温度达到4600K，意思是向阳面的大气也将完全电离化，同时分子将无法形成。最直接的问题就在这种电浆形态的大气运动会是什么样子？是如同红矮星一样产生由内而外的对流？还是有类似其它热木星的大气环境，只是那是原子大气？这在目前都还无法了解。

随著系外行星被发现越来越多，行星形成的理论也一直被翻新。这就是我为什么喜欢科学的地方，因为随时都有新发现，我好爱这种感觉！

注1：绘架座beta星在史书里称为老人增四，现在已经证实大约在9AU的位置有一颗质量约8倍木星的系外行星正在形成，此外可能还有一颗海王星至木星级的行星在25-44AU的位置。

注2：脉冲星是中子星的一种，同样均为超新星爆炸后的产物，所以这些行星到底是原有气态行星被爆风吹到外层气体后的残存物，还是爆炸后二次形成的行星，目前都没有定论。

注3：这颗热木星是WASP-121 b，离母星WASP-121约0.025AU处运行，除了炽热的表面温度外，这也是第一颗被发现有平流层的热木星，显示这类热木星依然有强大的大气环境；WASP-121是一颗离地球880光年，F5型的主序星，表面温度约6460K。

注4：主序星是一种处于活跃期的恒星的分类方式，由于恒星的绝对星等与半径成正相关，因此利用光谱类型就能区分恒星的大小。目前主序星由大到小分为O、B、A、F、G、K、M等7型，从每型又从0至9分为10等，其中太阳为G2V型黄矮星，K与M型主序星分别为橙矮星与红矮星，而红矮星应该为宇宙中数量最多的恒星。

注5：但有一种极低温的Y型棕矮星，最迟在2011年才被定义，或被称为次棕矮星或流浪行星。其表面温度在225-400K之间，质量大约在7-13倍木星质量之间，可是星体是由分子云的重力塌陷而产生，而不是由原行星盘中产生。