比土星环大 200 倍的巨型行星环

说到行星环我们首先想到的肯定是土星那漂亮的土星环，土星也是最早被发现具有行星环的行星。太阳系其他几个巨行星其实多少也都有自己的环，不过它们大部分都不明显。土星环虽然平均厚度只有 20 米，但它的范围差不多相当于两倍土星半径。除了天王星，其他行星环和土星环相比顶多就是个“呼啦圈”。

虽然土星环在太阳系能称王称霸，但在拥有着上千亿颗恒星的银河系中，土星的环充其量也就是个“游泳圈”。有着巨大行星环的系外行星肯定有，比如今天要说的这个被称为“超级土星”的 J1407 b。

J1407 b 的宿主恒星 J1407（V1400 Cen）是一颗距离我们四百多光年的类太阳恒星。这颗恒星无论是质量还是个头都和我们太阳几乎一模一样，唯一不同的就是它太年轻了，只有大约 1600 万岁，这和已经 46 亿岁的太阳比起来，也就是个刚过“满月”的小 baby。

2007 年，天文学家发现这颗恒星的亮度突然变暗了，经过仔细观察，原来这里出现了日食。出现日食原本并不奇怪，说明恒星的周围可能有行星嘛，当行星运行到恒星和我们之间时就会出现凌日现象。

只是这次的日食比较怪异：平时通过凌星法发现系外行星时，由于系外行星距离我们非常远，行星对恒星的遮挡很有限，恒星的亮度变化非常微弱。但是这次的日食深度很大，也就是被遮挡的比较多。

其次，平时看到的日食过程一般都很规律，但是这次的整个遮挡过程非常复杂；还有就是这次日食时间非常长，前后持续了将近两个月。根据种种迹象天文学家推测，遮挡恒星的可能是一颗拥有着巨大行星环的气态巨行星。

行星环我们熟啊，太阳系里就有现成的样本。虽然土星环的起源目前仍然存在争议，但是不少人都认为它可能原本是土星的一颗卫星，后来遭受了小行星等天体的撞击，或者由于轨道衰减落入了土星的洛希极限，加上它又是一颗主要由水冰构成的天体，本身的强度就不咋地，很容易被土星的潮汐力瓦解，从而形成了环绕土星的碎片环。

所以一些科学家认为 J1407 b 可能也是因为潮汐力原因，瓦解了它周围的天体，或者干脆遭受了某个大天体的撞击，从而形成了这片环状残骸。

但是很快人们发现不太对劲：如果是碎片残骸的话，这片残骸未免也太大了。土星的环人家再大也都还在土星的洛希极限内，但是 J1407 b 的环已经远远超出了行星的洛希极限，已经快到了希尔球半径。

希尔球可以理解为：一个小天体如果要想成为一颗行星的卫星，那你必须在这颗行星的引力控制范围内，这个范围就是这颗行星的希尔球。

一个是引力强到能把天体撕碎的范围，一个是仅仅受到引力控制的区域，两者差距可想而知有多大。基于观测数据天文学家估算，J1407 b 它的星环的直径达到了 1.8 亿公里（差不多 1.2 个天文单位），将近是土星环的 200 倍。如果把 J1407 b 放到太阳的位置，它的星环甚至都快到了金星轨道。所以有些科学家认为，J1407 b 的星环应该并不是土星环那样的成熟行星环，而是行星正在形成时留下的星周盘（CSDs）。

根据行星形成理论，这里原本是一个由引力聚集而成的气体盘，大约经过几百万年，行星的胚胎诞生于圆盘中央，此时气体盘便成为了一个星周盘。星周盘会继续把气体和尘埃向中心的行星输送，充当了吸积盘的作用。当星周盘中的气体被剥离干净后，由于只剩下了固态的尘埃和碎片，星周盘的粘度会明显下降，这会导致整个盘面向四周扩散变大，于是一个巨大的环状行星盘便形成了。

这种环行星盘并不像土星环那样成熟稳定，它仍属于过渡阶段。这里的尘埃颗粒会聚集成团，然后逐渐演变成这颗行星的卫星，同时在行星盘中会留下相应的间隙，也就是被卫星清空的轨道区域。J1407 b 行星盘的总质量与地球质量相当，天文学家发现这里似乎已经出现一些卫星天体。

看似一切猜测都将水落石出时，一个关键问题开始困扰天文学家。

从 2007 年的首次日食到后来的 2015 年，8 年时间里那颗恒星再也没有出现过类似的日食。因此天文学无法得知这颗行星的轨道周期，甚至都不确定它是不是在围绕着那颗恒星公转。

2018 年，此时具首次日食已经过去了 10 年，这次天文学家又整理了从 1890 年到 1990 年长达一个世纪的照片数据，但是仍然没有发现该恒星有过变暗的记录。不过这次天文学家对这颗行星也给出了一些初步判断：这可能是一颗 5~20 倍木星质量的气态巨行星，以椭圆轨道围绕恒星 J1407 公转，公转周期大概率在 14~17 年之间。也就是说如果推测准确，那么在 2021 年到 2024 年间，这颗行星应该会再次凌日。不过截止 2023 年的今天，我们在 J1407 上仍然没有看到第二次日食现象。

如果 J1407 b 真的和这颗恒星没有关系的话，再考虑到它可能有着 20 倍木星的质量（妥妥的是颗褐矮星了），那么这个巨大的行星环也许压根就不是一个行星环，而是一个独立的行星系统。

也就是说，J1407 b 其实是一个刚刚形成的恒星（也不能说是恒星，毕竟质量不够，只能算个夭折的恒星），它的星周盘其实是个原行星盘，那些诞生于此的卫星其实人家都是行星。未来随着行星的成型，原行星盘逐渐消散，一个迷你的行星系统便会由此诞生。

不过这种猜测只能说可能性有，但它并不比行星的猜测可能性大。目前主流的观点还是认为这是一颗围绕恒星运行的拥有着高偏心率轨道的行星。

不管是独立的行星系统也好，行星的星周盘也罢，一切还得靠证据说话。毕竟现在离预测的 2024 年还有段时间，而且 2024 也不是准确的截止期限，14~17 年的周期只是根据仅有的那次观测数据给出的大致预测。

假如将来我们真的再次观测到 J1407 b 的凌日现象，这次我们应该不仅能判断它到底是不是一颗行星，同时还能对它以及它的行星环有更详细的认识。因为相较于当年，今天我们有了个研究系外行星的利器，就是韦伯（韦布）空间望远镜。

韦伯望远镜配备的近红外光谱仪不仅可以揭示该行星环的颗粒大小和成分组成，甚至于，因为这些行星环中的卫星仍在形成过程中，所以它们如果有着自己的“卫星环”的话也能被识别出来。最后 J1407 b 究竟会不会再次凌日，那就让我们拭目以待吧。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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