北落师门“僵尸行星”谋杀案
2020/5/3 10:00:00 中国科普博览
日前，宇宙刑侦总局接到一起发生在南鱼座的行星失踪案。经天文学家调查，案件受害人北落师门b或已不幸遇害。
于2014年失踪的北落师门b(模拟结果)
NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke
下面，让我们回顾一下案情经过。
Part.1
北落什么师门？
事情要从北落师门b的“大哥”北落师门A说起。
位于南鱼座的北落师门A(Fomalhaut)，也称南鱼座α，视星等1.16，是南鱼座最亮的星，也是地球夜空中最明亮的恒星之一。虽然位于南天球，但由于纬度不高，北半球大部分地区仍是可见。秋夜里，北落师门是我国大多数地区能够看到的最南的亮星(广东、广西及以南除外，能看到更南的)。
北落师门A
视野 2.7×2.9 度 / NASA、ESA、DSS/ Davide De Martin
这颗年轻的恒星年龄在大约1至3亿岁之间，距离太阳约25光年，直径约为太阳直径的1.84倍，质量约1.9倍，亮度15倍。它的中文名字北落师门即“北军门”的意思，“北”指方位，“师门”指军门，“落”是指战场上的藩落篱笆等布防设施，例如汉代长安城的北门就叫做“北落门”；而它的拉丁文名“Fomalhaut”来自古阿拉伯语，意思是“南鱼的嘴”，指明了北落师门大概位于南鱼座鱼嘴的位置。
除了别具一格的名字，北落师门还有一个著名的炫酷尘埃环，外形酷似“索伦之眼”。这个盘面被认为是北落师门的原行星盘，放出了大量红外线辐射。
北落师门与周围环绕的尘埃环
电影《魔戒》中的“索伦之眼”
由于能够在可见光波长成像，北落师门成为了重点系外行星候选者的中心恒星，也是继太阳和北河三之后，第三个被确认有行星系统的恒星。
Part.2
“僵尸行星”万圣节复活？
北落师门A有个围着它绕行的“小弟”：北落师门b，也叫大衮(Dagon)，江湖诨号：“僵尸行星”。这个诨号当然不是凭空而来。是行星？不是行星？北落师门b多年来可谓“生死簿”上死死生生。
这张来自哈勃空间望远镜的可见光图像显示了北落师门恒星一带，包括它的尘埃环和绕转行星北落师门b(右下方框)的位置。
NASA/ESA/T.Currie
早在1998年，人们就通过观测推测尘埃云中很可能已经产生了行星。2006年，罗切斯特大学的Alice C. Quillen教授从北落师门尘埃带的扰动推断出了这颗行星的存在。2008年，天文学家终于在哈勃空间望远镜2004和2006年的照片中确认发现了绕行A-型主序星北落师门A的北落师门b，它和另外3颗环绕着HR 8799的行星，也成为第一批直接以影像证实存在的，在轨道上运行的系外行星。
凯克望远镜直接观测到的HR8799恒星周围的行星运动，中间黑色区域是使用了星冕仪。
W. M. Keck Observatory
系外行星能被直接光学成像是极为罕见的，大多数情况下，它们只能通过“ 视向速度法”或“行星凌星法”出现的暂时亮度下降，被间接探测到。但有了哈勃的观测结果，天文学家们相信自己确实探测到了一颗巨大的系外行星的信号。作为人类历史上第一个被可见光成像的太阳系外行星，北落师门b震惊四座，光环满满。
注：【视向速度法】通过恒星因绕行行星重力所导致的速度变化来搜索系外行星。
【行星凌星法】行星凌星时遮挡恒星光引发的亮度变化来推算行星轨道及质量参数的一种观测方法。
受害人：北落师门b(艺术照)
ESA; Hubble, M. Kornmesser; and ESO, L. Cal?ada and L. L. Christensen
根据天文学家估计，北落师门b的大小和木星差不多。它与北落师门距离119天文单位(180亿公里，约是海王星轨道半长轴的3.8倍)，靠近尘埃盘的内侧边缘，温度和海王星相当，轨道周期为872个地球年
但伴随北落师门b确认而来的，是对它真实存在性的巨大质疑，随后即有研究对它的行星身份作出了反驳，判处“死刑”。
一些天文学家认为，北落师门b根本不是什么系外行星，只是北落师门恒星系统中的一团尘埃云。因为它虽然在可见光波段非常明亮，但斯皮策红外空间望远镜却一直没有探测到北落师门b的红外热信号，还有人提到北落师门b行星处于的轨道速度太快了。
但2012万圣节前的一项分析又令它“复活”了。
“通过对这个天体更深入的调查，我们确定了北落师门b的确是一颗大质量行星。”多伦多大学、前美国(国家)航天局戈达德空间飞行中心的科学家塞恩·柯里(Thayne Currie)说。他和他的团队重新分析了哈勃2004年和2006年对这颗恒星的观测结果，并在紫外线等3个波段进行了新的探测，并没有检测到任何亮等上的变化，并再次确认了北落师门b是一颗行星的结论。虽然斯皮策没有探测到它的红外信号，这意味着北落师门b的质量小于木星的两倍。
2012年万圣节前夕，根据新的观测发现，天文学家再次证明了北落师门b的行星身份，并重新计算了它的轨道。
NASA 哈勃空间望远镜
天文学家研究还研究了北落师门b的行星轨道，它对周围盘状碎片云产生的影响看起来似乎的确是一颗大质量行星。美国马里兰州巴尔第摩空间望远镜科学研究所的天文学家约翰·德布斯也认为：“考虑到我们对尘埃运动和行星所在环境的了解，我们认为我们看到的是一个深埋在尘埃中的行星，而不是自由漂浮的尘埃云。”
北落师门b预测轨道
万圣节前“死而复生”，北落师门b从此得到了“僵尸行星”的称号。
Part.3
北落师门行星失踪事件
虽然自进入人类视野起，北落师门b的身份就饱受争议。但在哈勃望远镜拍摄的图像中，这颗“行星”确实在持续变暗，并于2014年完全消失。
左：北落师门系统，包括一个巨大的碎片盘。
右：北落师门b随时间变化逐渐扩散，形成一个不断扩大的碎片场。(模拟结果)
NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke (University of Arizona
一颗已知的系外行星眼睁睁地从人们的视线中消失了，这引起了天文学家们的猜测。
天文学家András Gáspár和George Rieke分析了目前所有关于北落师门可用的，从2004年到2014年的哈勃数据，并得出了最终结论：“这颗行星大小的天体可能从一开始就不是一颗行星，而是一颗被粉碎的天体残骸。”
行星碰撞艺术概念图
ESA, NASA and M. Kornmesser
所以事情的真相究竟是什么呢？让我们根据两位天文学家的证词，还原一下案件经过。
2004年左右，在北落师门A行星系统中发生了一场行星碰撞事件，两个直径约200公里的小行星撞击在一起 ，产生了一团膨胀的巨大尘埃云，并在之后的10年中逐渐散去。
根据北落师门尘埃碎片盘的密度估计，这样的“天体车祸”可能每20万年才会发生一次，非常罕见。而“欧皇”·哈勃空间望远镜幸运地在这次行星碰撞后不久，对这个系统进行了观测，从头到尾地记录下了这一“车祸现场”。
我们看到的北落师门b行星，只是撞击遗迹产生的尘埃云。无独有偶，2015年发现的“地球2.0”、“地球大表哥”开普勒452b，前段时间也被认为是一个假信号，目前仍有争议，人类探索系外行星的路似乎仍是漫漫其修远。
关于开普勒452b是否是一颗行星的争论
https://www.scientificamerican.com
总之，这颗曾名为北落师门b、“大衮”、“僵尸行星”的“系外行星”已经从我们的视野中永远地消失了。而且这次，它可能无法再“复活”了。
参考资料 ：
https://gizmodo.com/vanishing-exoplanet-might-actually-be-the-aftermath-of-1842981473
https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/fomalhaut-exo.html
http://annesastronomynews.com/the-revival-of-a-dead-exoplanet-zombie-fomalhaut-b/
作者简介 ：怀尘，《中国国家天文》杂志编辑，微信公众号编辑，译有《当我们看星星时，我们看见了什么》。
文章来源：中国国家天文作者：怀尘
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