红矮星旁一颗行星逆向公转，附近却找不到可归咎的巨型天体

一颗距离地球72光年的行星正在以错误的方向绕其恒星运行。GJ 3090 b，这颗宽度约为地球两倍多的世界，以与恒星自转相反的方向绕其红矮星运行，轨道倾角约为136度，偏离了行星应有的位置。这是有史以来发现的第一颗绕红矮星逆向运行的行星，而红矮星是银河系中最常见的恒星类型。

逆行行星很罕见，但并非新鲜事。在以往所有轨道严重偏离的多行星系统中，天文学家总能找到一个罪魁祸首：一颗伴星或一颗巨大的外行星，其引力在数百万年间将邻近行星拖离了轨道。但在GJ 3090周围，没有这样的“霸凌者”。这一缺失才是真正的新闻，因为它表明这颗行星可能诞生于一个本身就在逆向旋转的气体与尘埃盘中。

“令我们大为惊讶的是，不仅GJ 3090 b的轨道高度倾斜，而且它还在逆行，”日内瓦大学的博士生、发表在《天文学与天体物理学》上的这项研究的第一作者Yann Carteret（扬·卡特雷）说道。

这颗行星是一颗亚海王星，半径约为地球的2.2倍，质量约为地球的4.5倍，大约每2.9天完成一次公转。它的恒星是一颗M型红矮星，位于南天星座凤凰座，比太阳更小、更冷。该系统中至少还有另一颗行星，一颗已确认的亚海王星，公转周期为16天，外加一颗候选行星，周期为13天。

如何捕捉到一颗逆行行星

没有人能直接拍摄到轨道。研究团队转而利用星光，通过一种称为罗斯特-麦克劳克林效应的技巧来解读。一颗自转的恒星，一侧朝向地球，另一侧远离地球，因此前半部分的光略微偏向蓝移，后半部分的光偏向红移。当一颗行星从恒星表面经过时，它会依次遮挡一侧和另一侧的一部分。遮挡的顺序揭示了行星的运行方向。

对于正常方向运行的行星，首先被遮挡的是靠近地球的那一侧。而GJ 3090 b遮挡的顺序正好相反。

信号非常微弱。这里的凌星持续约一小时一刻钟，行星很小，恒星自转缓慢。研究团队使用了NIRPS，一台安装在智利拉西拉欧洲南方天文台3.6米望远镜上的近红外摄谱仪，由日内瓦大学和蒙特利尔大学领导的联合体建造。红矮星在红外波段比可见光波段亮得多，这就是为什么红外仪器能完成光学仪器难以做到的工作。

研究人员用NIRPS观测了六次凌星，其中四次与较老的HARPS摄谱仪同时进行，在约23小时内收集了193个光谱。他们没有寻找恒星整体速度的经典摆动（因为信号太弱难以探测），而是采用了一种称为“RM Revolutions”的方法，分析行星在每一时刻遮挡的恒星区域发出的光。GJ 3090 b现在是围绕红矮星运行的最小行星，拥有完整的三维倾角测量值。

136度意味着什么

在我们的太阳系中，行星的公转轨道与太阳赤道的夹角在7度以内，并且每颗行星都沿太阳自转的同一方向运行。90度意味着极轨道，即从恒星两极上方经过。90度以上即为逆行。136度意味着GJ 3090 b更接近完全颠倒，而非侧倾。

这使其成为天文学家拥有三维测量值的最倾斜行星之一，与两颗气态巨行星KELT-19 b和TOI-1710 b并列。它也是仅有的第六个包含一颗倾角超过70度的行星的多行星系统。研究团队指出，在其他五个系统中，总是存在一颗宽距双星伴星或一颗能够造成这种破坏的巨型外行星。

红矮星使这一结果更加奇特。它们深层翻腾的外层被认为会对近距离行星施加强大的潮汐力，逐渐将倾斜的轨道拉回正轨。GJ 3090 b似乎逃脱了这种修正，很可能是因为它体积较小，且距离恒星刚好足够远——约为恒星半径的13倍——使得潮汐拉力保持微弱。

缺失的罪魁祸首与第二代盘

研究团队曾寻找隐藏的扰动源。结合来自HARPS和NIRPS多年的径向速度数据、高分辨率散斑成像以及盖亚太空望远镜的测量结果，他们排除了在约3天文单位内存在任何伴星，以及在15天文单位内存在任何比木星更重的行星（假设其轨道与GJ 3090 b在同一平面）。在相同假设下，任何质量超过13倍木星（即褐矮星的分界线）的天体，在100天文单位内都被排除。

“缺少一个巨大的伴星来解释这种不寻常的轨道，将促使我们探索其他假说，”合著者、日内瓦大学的Vincent Bourrier（文森特·布里耶）说道。

他们首选的解释是第二代盘。在恒星原始盘消散后，这颗年轻的红矮星可能从星际空间捕获了新鲜的气体和尘埃。这些物质会以随机方向到达，而在这个案例中，它们到达时是逆恒星自转方向旋转的。随后行星在这个倾斜的盘中形成并向内迁移。作者将这一想法与所谓的“彼得潘盘”联系起来，这是一种红矮星盘，能持续向恒星输送物质数千万年，远超模型预期。

他们的计算增加了一个约束条件。为了使恒星不与新盘重新对齐，它吞噬的物质质量必须少于约1500个地球质量，按标准比例换算，大约相当于15个地球质量的尘埃。仅行星本身就占了其中很大一部分，因此盘中大部分尘埃必须最终形成了行星，而不是落入恒星。

尚未解决的问题

136度的数值存在较大误差范围，大约从118度到160度。研究团队以2.5西格玛的置信度排除了极轨道，这是一个有意义的结果，但远未达到物理学家用于发现的标准（5西格玛）。完整的三维倾角还依赖于对恒星自转周期、半径和倾角的估计，而不仅仅是凌星数据。

最终的拟合结果基于单台仪器五个夜晚的数据。一次NIRPS凌星因信号太差被剔除，而HARPS数据太弱无法约束角度，因此没有第二台仪器独立确认方向。

伴星搜索存在一个作者明确指出的漏洞。他们的限制条件假设任何隐藏的巨行星都与GJ 3090 b在同一平面内运行。一颗轨道高度倾斜的大质量天体并未被完全排除。第二代盘假说是一种基于缺失证据的推断，而非任何人的观测结果。

关于逆行行星的常见问题

什么是逆行行星？

逆行行星是指其公转方向与恒星自转方向相反的行星。行星由与恒星相同的旋转盘形成，因此通常与恒星方向一致。逆行轨道意味着有某种东西将行星或其诞生盘倾斜了超过90度。

天文学家如何知道行星的运行方向？

他们观察行星从恒星前方经过，并测量星光颜色的变化。由于旋转恒星的一侧朝向地球，另一侧远离地球，行星遮挡每一侧的顺序显示了它的运行方向。这就是罗斯特-麦克劳克林效应。

太阳系中有天体逆行吗？

没有行星绕太阳逆行，所有八颗行星都靠近太阳赤道。一些卫星是逆行的：海王星最大的卫星海卫一（Triton）绕行星逆向运行，被认为是一颗被捕获的天体。金星自转方向相反，但它的公转方向是正常的。

GJ 3090 b能支持生命吗？

这项研究没有提及生命。这颗行星在不到三天的时间内绕恒星一周，比水星离太阳还近得多。它大约4.5个地球质量、2.2个地球半径，是一颗亚海王星，这类行星通常被认为拥有厚厚的气体包层，而非裸露的岩石表面。

这颗行星最初由美国宇航局的TESS太空望远镜发现，并于2022年确认。用于新测量的NIRPS凌星观测于2024年记录，论文于2026年8月被《天文学与天体物理学》接收，并于9月发表。作者的设想提出了一个可检验的预测：如果系统中的每颗行星都在同一个倾斜盘中形成，那么GJ 3090 b的同伴应该共享其逆行倾角。下一步是测量它们的轨道，但这将很困难，因为那颗16天周期的行星从我们的视角看永远不会凌星。

参考文献：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

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