紅矮星旁一顆行星逆向公轉，附近卻找不到可歸咎的巨型天體

一顆距離地球72光年的行星正以錯誤的方向繞其恆星運行。GJ 3090 b，一個直徑略大於地球兩倍的世界，以與恆星自轉方向相反的方向繞其紅矮星運行，其軌道與行星應處位置傾斜約136度。這是有史以來首次發現繞紅矮星逆向運行的行星，而紅矮星是銀河系中最常見的恆星類型。

逆向行星雖然罕見，但並非新鮮事。此前每一例軌道嚴重偏差的多行星系統中，天文學家總能指出一個罪魁禍首：一顆伴星或一顆巨大的外層行星，其引力歷經數百萬年將鄰居拖離軌道。但在GJ 3090周圍，並沒有這樣的霸凌者。這一缺失才是真正的新聞，因為它暗示這顆行星可能誕生於一個早已逆向旋轉的氣體與塵埃盤中。

「令我們大感意外的是，GJ 3090 b不僅軌道高度錯位，而且還是逆向公轉，」日內瓦大學博士生、該研究（發表於Astronomy & Astrophysics）的第一作者Yann Carteret（雅恩·卡特雷）表示。

這顆行星屬於次海王星，半徑約為地球的2.2倍，質量約為4.5倍，公轉週期約2.9天。其母星是一顆位於南天鳳凰座的M型紅矮星，比太陽更小更冷。該星系還至少擁有另一顆行星：一顆已確認的次海王星，軌道週期16天，外加一顆候選者，週期13天。

如何捕捉到一顆逆向運行的行星

沒有人能直接拍攝軌道。研究團隊改用星光來讀取，利用一種稱為羅西特-麥克勞克林效應（Rossiter-McLaughlin effect）的技巧。一顆旋轉中的恆星，一側朝向地球，另一側遠離，因此前半部分的光略微偏向藍色，後半部分偏向紅色。當行星穿過恆星表面時，它會先後遮擋其中一半的區域。它遮擋的順序揭示了其運動方向。

對於正常方向運行的行星，會先遮擋接近的那一半。而GJ 3090 b則以相反的順序遮擋。

訊號非常微弱。一次凌星持續約一小時十五分鐘，行星很小，恆星轉動緩慢。研究團隊使用了NIRPS，這是一臺安裝在歐洲南方天文臺位於智利拉西拉的3.6米望遠鏡上的近紅外光譜儀，由日內瓦大學和蒙特利爾大學主導的聯盟建造。紅矮星在紅外波段的光度遠比可見光強，這就是為什麼紅外儀器能做到光學儀器難以辦到的事。

研究人員使用NIRPS觀測了六次凌星，其中四次同時使用較老的HARPS光譜儀，在約23小時內收集了193個光譜。他們沒有尋找恆星整體速度中經典的擺動訊號（因為太微弱而無法偵測），而是使用一種名為RM Revolutions的方法，分析行星在每個時刻所遮擋的那一小條恆星光線。GJ 3090 b現已成為紅矮星周圍擁有完整三維傾角測量的最小行星。

136度意味著什麼

在我們的太陽系中，行星的公轉軌道與太陽赤道夾角不超過7度，而且每一顆行星都與太陽自轉方向相同。90度角意味著極軌道，即從恆星兩極上方經過。任何大於90度的角度都屬於逆行。在136度下，GJ 3090 b更接近於完全顛倒，而非側向。

這使其躋身於天文學家擁有三維測量資料中傾斜度最大的行星之列，與兩顆氣態巨行星KELT-19 b和TOI-1710 b並列。它同時也只是第六個經確認的多行星系統中包含一顆傾角超過70度的行星。團隊指出，在其他五個系統中，總是存在一個寬距雙星伴星或一個能夠造成這種後果的巨型外行星。

紅矮星使這一結果更加奇特。它們深層翻騰的外層被認為會對近距離行星施加強烈潮汐力，逐漸將傾斜的軌道拉回正軌。GJ 3090 b似乎逃脫了這種校正，很可能因為它體積小，且位於剛好足夠遠的地方（約恆星半徑的13倍），使得潮汐拉力保持微弱。

消失的罪魁禍首與二手盤

研究團隊開始尋找隱藏的擾動者。結合來自HARPS和NIRPS多年的徑向速度資料、高解析度散斑成像以及蓋亞空間望遠鏡的測量，他們排除了在約3天文單位內存在任何伴星，以及在15天文單位內存在任何比木星重的行星（假設其軌道與GJ 3090 b位於同一平面）。在相同假設下，任何質量超過13倍木星質量（超過此閾值的天體即歸類為棕矮星）的天體在100天文單位內也被排除。

日內瓦大學的共同作者Vincent Bourrier（文森特·布林裡耶）表示：「缺少一個能解釋這一異常軌道的巨型伴星，將引導我們探索其他假說。」

他們偏好的解釋是第二代盤。在恆星原始盤消散後，年輕的紅矮星可能從星際空間掃集了新的氣體和塵埃。這些物質會以隨機方向到來，而在本例中，它到達時是逆向旋轉的。行星隨後在這一傾斜盤內形成並一同向內遷移。作者將這個概念與所謂的「彼得潘盤」聯絡起來，這是一種紅矮星盤，能持續數千萬年向恆星供料，遠長於模型預期。

他們的計算新增了一個約束條件。為了使恆星不與新盤重新對齊，它吞入的物質必須少於約1500個地球質量，按標準比例計算約為15個地球質量的塵埃。僅行星就佔了其中很大一部分，因此盤中的大部分塵埃必定最終進入了行星，而非落入恆星。

尚未解決的問題

136度的數值帶有較大的誤差區間，約從118度到160度。研究團隊以2.5 sigma的顯著性排除了極軌道，這是一個有意義的結果，但遠低於物理學家用於確認發現的5 sigma標準。完整的三維傾角也取決於對恆星自轉週期、半徑和傾角的估計，而不僅僅是凌星資料。

最終擬合僅依賴於單一儀器五個夜晚的資料。一次訊號較差的NIRPS凌星被排除，而HARPS的資料太弱無法約束角度，因此沒有第二臺儀器獨立確認方向。

伴星搜尋存在一個作者清楚指出的漏洞。他們的限制條件假設任何隱藏的巨行星都與GJ 3090 b位於同一軌道平面。一顆處於大傾角軌道的大質量天體並未被完全排除。第二代盤的情景是基於缺失證據的推斷，並非任何人實際觀測到的。

關於逆行行星的常見問題

什麼是逆行行星？

逆行行星以與恆星自轉方向相反的方向繞其恆星公轉。行星由供應恆星的同一旋轉盤形成，因此通常與其方向一致。逆行軌道意味著有某種東西將行星或其誕生盤傾斜了超過90度。

天文學家如何知道行星的運行方向？

他們觀測行星從恆星前方穿過，並測量星光顏色的變化。由於旋轉恆星的一側接近地球，另一側遠離，行星遮擋每一側的順序便顯示了其運動方向。這就是羅西特-麥克勞克林效應。

太陽系中有任何天體逆向公轉嗎？

沒有任何行星逆向繞太陽公轉，八大行星都靠近太陽赤道。部分衛星則有：海王星最大的衛星崔頓（Triton）以與行星自轉相反的方向公轉，被認為是捕獲的天體。金星自轉方向相反，但其公轉方向正常。

GJ 3090 b能否孕育生命？

該研究未提及生命。這顆行星在不到三天內環繞其恆星，比水星距離太陽更近。其質量約為地球的4.5倍，半徑約2.2倍，屬於次海王星，這一類行星通常被認為擁有厚重的氣體包層，而非裸露的岩石表面。

該行星最初由NASA的TESS太空望遠鏡發現，並於2022年確認。新測量所依據的NIRPS凌星觀測資料記錄於2024年，論文於2026年8月被Astronomy & Astrophysics接收，並於9月發表。作者提出的情景提供了一個可檢驗的預測：如果系統中每顆行星都在同一傾斜盤中形成，那麼GJ 3090 b的兄弟行星也應共享其逆向傾角。下一步是測量它們的軌道，但這將很困難，因為那顆16天週期的行星從我們的角度永遠不會穿越其恆星。

Reference: Carteret et al., “Upside down: GJ 3090 b the first retrograde exoplanet around an M dwarf detected with NIRPS,” Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI: 10.1051/0004-6361/202661989

標籤: ESO, GJ 3090 b, La Silla Observatory, NIRPS, red dwarf, 系外行星