在CHEOPS太空望远镜的帮助下，一个由欧洲天文学家组成的国际团队设法清楚地确定了四颗新系外行星的存在。这四颗迷你海王星比已大量发现的所谓热木星系外行星更小、更冷，更难发现。四篇论文中的两篇由伯尔尼大学和日内瓦大学的研究人员领导，他们也是国家研究能力中心(NCCR)PlanetS的成员。

研究人员用CHEOPS探测难以捉摸的行星

CHEOPS是欧洲航天局(ESA)和瑞士在伯尔尼大学的领导下与日内瓦大学合作的一项联合任务。自2019年12月发射以来，CHEOPS极其精确的测量为系外行星领域的多项重大发现做出了贡献。

NCCRPlanetS成员伯尔尼大学和日内瓦大学的SolèneUlmer-Moll博士和伯尔尼大学的HughOsborn博士利用CHEOPS和NASA卫星TESS的独特协同作用，探测了一系列难以捉摸的系外行星。这些行星分别称为TOI5678b和HIP9618c，大小与海王星相当或略小，分别是地球半径的4.9倍和3.4倍。

各自的论文刚刚发表在《天文学与天体物理学》和《皇家天文学会月刊》等期刊上。在同一期刊上发表文章的国际团队的另外两名成员，剑桥大学(英国)的AmyTuson和ELTEGothard天体物理天文台(匈牙利)的ZoltánGarai博士，使用相同的技术在其他星球上识别了两个相似的行星系统。

两颗卫星的协同作用

CHEOPS卫星观察恒星的光度，以捕捉当一颗绕轨道运行的行星恰好从我们的角度经过其恒星前方时发生的轻微变暗。通过寻找这些被称为“凌日”的变暗事件，科学家们已经能够发现已知的数千颗系外行星中的大部分，这些行星绕太阳以外的恒星运行。

“美国宇航局的TESS卫星擅长探测系外行星的凌日现象，即使是最具挑战性的小行星也是如此。然而，它每27天改变一次视野，以便快速扫描大部分天空，这使其无法在更长的轨道上找到行星时期，”休·奥斯本解释道。

尽管如此，TESS卫星仍能够观察到围绕恒星TOI5678和HIP9618的单次凌日。两年后返回同一视野时，它可以再次观察到围绕同一颗恒星的类似凌日。尽管有这些观察结果，但由于信息不完整，仍无法明确断定这些恒星周围存在行星。

“这就是CHEOPS发挥作用的地方：CHEOPS一次专注于一颗恒星，是一项后续任务，非常适合继续观察这些恒星以找到缺失的信息，”SolèneUlmer-Moll补充道。

Cheops证实了四颗大小介于地球和海王星之间的温暖系外行星的存在，它们绕恒星运行的距离比水星离太阳的距离更近。这些所谓的迷你海王星不同于我们太阳系中的任何行星，它们提供了一个尚未被理解的“缺失环节”。迷你海王星是已知最常见的行星类型之一，天文学家开始发现越来越多的绕轨道运行的明亮恒星。图片来源：欧空局

一场漫长的“捉迷藏”游戏

由于怀疑系外行星的存在，CHEOPS团队设计了一种方法来避免盲目地花费宝贵的观察时间来检测额外的凌星现象。他们根据TESS观测到的凌日提供的极少数线索，采取了有针对性的方法。在此基础上，奥斯本开发了一种软件，可以为每个行星提出候选周期并确定优先级。“然后我们使用CHEOPS卫星与行星玩一种‘捉迷藏’游戏，”奥斯本说。

“我们在给定时间将CHEOPS指向一个目标，并且根据我们是否观察到凌日现象，我们可以排除一些可能性并在另一个时间重试，直到找到轨道周期的唯一解。”科学家们分别进行了五次和四次尝试，才明确确认了这两颗系外行星的存在，并确定TOI5678b的周期为48天，而HIP9618c的周期为52.5天。

JWST的理想目标

科学家们的故事并没有就此结束。有了新发现的约束周期，他们可以转向使用另一种称为径向速度的技术进行地面观测，这使团队能够确定TOI5678b和HIP9618c的质量分别为20和7.5个地球质量。

有了行星的大小和质量，它的密度就已知了，科学家们就可以了解它是由什么构成的。“然而，对于迷你海王星来说，密度还不够，关于行星的组成仍然存在一些假设：它们可能是含有大量气体的岩石行星，或者是富含水和非常潮湿的大气层的行星”，乌尔默-莫尔解释道。

“由于这四颗新发现的系外行星围绕着明亮的恒星运行，这也使它们成为詹姆斯·韦伯太空望远镜JWST任务的主要目标，这可能有助于解决它们的组成之谜，”乌尔默-莫尔说。

迄今为止观测到的大多数系外行星大气层都来自热木星，它们是非常大且热的系外行星，绕着它们的母星运行。“我们检测到的四颗新行星的温度‘仅’为217至277ºC。这些温度使云层和分子得以生存，否则它们会被热木星的高温摧毁。它们可能会被探测到JWST，”正如Osborn解释的那样。

这四颗新发现的行星比热木星体积更小，轨道周期更长，是观测凌日类地行星的第一步。