难以捉摸的行星与CHEOPS玩捉迷藏
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。
NCCR PlanetS 成员伯尔尼大学和日内瓦大学的 Solène Ulmer-Moll 博士和伯尔尼大学的 Hugh Osborn 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 TOI 5678 b 和 HIP 9618 c，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》杂志和《皇家天文学会月刊》上。在同一期刊上发表，国际团队的另外两名成员，剑桥大学(英国)的 Amy Tuson 和 ELTE Gothard 天体物理天文台(匈牙利)的 Zoltán Garai 博士，使用相同的技术识别了其他系统中的两个相似行星。
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，这些系外行星绕太阳以外的恒星运行。
“NASA 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，这阻止了它发现轨道周期较长的行星，”休·奥斯本解释道。尽管如此，TESS 卫星仍能够观察到围绕恒星 TOI 5678 和 HIP 9618 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 一次关注一颗恒星，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，”Solène Ulmer-Moll 补充道。
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TOI 5678 b的周期为48天，而HIP 9618 c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 TOI 5678 b 和 HIP 9618 c 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，密度是不够的，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都围绕着明亮的恒星运行，
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，要温和得多。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。而且它们可能会被 JWST 检测到，”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。
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