第一颗被证实拥有永久黑暗面的行星

两面的假说

想象一下，如果地球上的西半球永远是黑夜，东半球永远是白天，南美洲的人想要看到太阳的唯一方法是飞到亚洲等地方……这个世界将会变成什么样？

当一颗行星在距离恒星很近的地方环绕时，它的正面受到的引力会比背面更大。随着时间的推移，这种不平衡的引潮力，就会减缓行星的自转，直到行星的自转周期与轨道周期完全同步。

这个过程的最终结果是，行星的自转周期会变得和轨道周期完全相等，这种状态被称为1:1潮汐锁定或同步绕转。在这种状态下，行星总是在圆形轨道上，以同一半球面对恒星，形成永久的白天和黑夜。天文学家认为，月球就曾经历过这样一个过程，使得月球的背面从未面向过地球。

在潮汐锁定的状态下，行星总是以同一个半球面对着恒星，形成永久的白天与黑夜。左边显示的是潮汐锁定状态，右边显示的为非潮汐锁定状态。（图/NASA）

但一直以来，行星的这种1:1潮汐锁定状态仍处于理论上的假说，要证实这一状态是非常困难的——测量系外行星的公转轨道很简单，难的是如何确定它们的自转周期，特别是对于具有大气层的系外行星来说，它们的旋转表面在视野中就更加模糊了。

现在，在一项新发表于《天体物理学》杂志的研究中，天文学家通过分析一颗离恒星很近的系外行星LHS 3844b，为证明行星具有1:1潮汐锁定的特征，提供了迄今为止最令人信服的证据。同时，他们认为许多系外行星（包括大多数有可能维持生命的候选行星），应该都同样处于这种被“锁住”的状态。

一颗被锁定的超级地球

LHS 3844b是一颗被称为“超级地球”的岩质系外行星。它的半径约为地球的1.32倍，轨道周期仅为11.1小时。

LHS 3844b是一颗被称为“超级地球”的系外行星，围绕着一颗M型恒星运行。（图/NASA,ESA,CSA,Dani Player）

2019年，天文学家使用斯皮策空间望远镜（SST）测量了由这颗行星发出的光的强度，表明LHS 3844b的表面可能没有大气层，这使得它非常适合用于研究它的自转。先前的研究结果还表明，LHS 3844b的相位曲线显示出，它可能具有圆形轨道和同步绕转的特征。

在这项新研究中，研究人员发展了一个“无大气行星”的热模型，重新检验了LHS 3844b的相位曲线，并分析了非同步绕转、偏心率、潮汐耗散和表面成分的影响。

数据显示，LHS 3844b的表面温度是相对较低的。根据这一信息，研究人员排除了非同步绕转的可能性。因为处于非同步绕转的行星，会由于自转和恒星施加的巨大引潮力之间的冲突，而产生所谓的潮汐加热。而LHS 3844b较低的表面温度，符合对处于潮汐同步状态下的行星的温度预期。

另外，潮汐加热的缺乏，也限制了行星的偏心率。研究人员发现，LHS 3844b的偏心率小于0.001，换句话说，它有着非常圆的运行轨道。这意味着即使LHS 3844b处于赝同步绕转，它也必须旋转得很慢，以至于实际上表现为1:1潮汐锁定。而一种更有可能得情况是，鉴于之前有研究表明，岩石行星可能无法处于赝同步绕转，因此LHS 3844b必然是1:1的潮汐锁定的。

这样的星球有很多？

可以说，这是迄今为止，用现有的信息和仪器所能收集到的最令人信服的证明潮汐锁定假说的证据。

天文学家表示，韦布空间望远镜（JWST）将能帮助收集到更多的证据，并有助于他们研究比LHS 3844b距离宿主星更远一些的系外行星的旋转。这样的行星可以维持大气层和温和的温度，构成了银河系的大部分宜居空间。

如果JWST发现这些行星也像LHS 3844b一样，那么则意味着可能有很大一部分宜居行星都是潮汐锁定的。生命要如何在这样一个没有季节和昼夜更替的世界生存，又将是另一个有待科学家思考的问题。

#创作团队：

编译：不二北斗

排版：雯雯

#参考来源：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad2077

https://www.nature.com/articles/d41586-024-00414-z

#图片来源：

封面图&首图：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)