L 98-59：紅矮星系統(tǒng)中的行星寶庫

  L 98-59（TOI-175，TIC ）是一顆位于飛魚座的M3V型紅矮星，距離地球約24.8光年（基于Gaia DR3數(shù)據(jù)）。它因擁有多顆巖石行星且部分位于宜居帶邊緣，成為系外行星研究的熱點(diǎn)目標(biāo)之一。該系統(tǒng)于2019年由TESS（凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星）首次發(fā)現(xiàn)行星信號(hào)，后續(xù)觀測(cè)揭示其擁有至少5顆行星，包括一顆可能含水的超級(jí)地球和一顆極輕的亞地球質(zhì)量行星。

  1. 恒星特性解析

  1.1 基本參數(shù)

  光譜類型：M3V（低溫紅矮星）

  質(zhì)量：0.31 ± 0.02 太陽質(zhì)量

  半徑：0.31 ± 0.01 太陽半徑

  表面溫度：3,400 ± 50 K

  光度：太陽的1.4%

  金屬豐度：\[Fe/H] = -0.40（約為太陽的40%）

  年齡：≥ 20億年（基于動(dòng)力學(xué)分析）

  自轉(zhuǎn)周期：83 ± 5天（較緩慢，反映較低的恒星活動(dòng)性）

  與其他M型矮星相比，L 98-59的金屬豐度偏低，但行星的形成卻相當(dāng)豐富，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)貧金屬星系行星稀少的理論。

  2. 行星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)

  L 98-59的5顆行星（b, c, d, e, f）均采用\\凌日法（TESS）和徑向速度法（ESPRESSO/HARPS）\\共同確認(rèn)。

  2.1 已知行星概述

  1. L 98-59 b

  質(zhì)量：＜ 0.4 M⊕（極小，類似月球）

  半徑：0.85 R⊕

  軌道周期：2.25天

  平衡溫度：＞500 K（熾熱巖石世界）

  2. L 98-59 c

  質(zhì)量：2.2 ± 0.2 M⊕

  半徑：1.35 R⊕

  軌道周期：3.69天

  環(huán)境：可能擁有殘余大氣層

  3. L 98-59 d（關(guān)鍵目標(biāo)）

  質(zhì)量：2.3 ± 0.2 M⊕

  半徑：1.56 R⊕

  軌道周期：7.45天

  可能特征：富水或富氫大氣

  4. L 98-59 e（宜居帶候選）

  質(zhì)量：3.0 ± 0.8 M⊕

  半徑：1.5 R⊕（推測(cè)）

  軌道周期：12.8天

  日射量：0.8倍地球（可能維持液態(tài)水）

  5. L 98-59 f（尚未完全確認(rèn)）

  軌道周期：23.2天

  預(yù)估質(zhì)量：3-5 M⊕

  可能位置：宜居帶外緣（類似火星）

  3. 行星宜居性與氣候模擬

  3.1 關(guān)鍵行星L 98-59 d和e的潛在環(huán)境

  d 行星：

  位于超溫室效應(yīng)邊界，可能具有蒸汽大氣或熔巖海洋。

  潮汐鎖定（一面永晝，一面永夜），但晨昏帶溫度適中（\~300 K）。

  可能的極端氣候：高溫高壓下水分裂成氫/氧，導(dǎo)致獨(dú)特的光化學(xué)循環(huán)。

  e 行星（最強(qiáng)宜居候選）：

  接收恒星輻射≈金星，但若有適度CO?大氣，地表溫度可能降至宜居范圍。

  若擁有海洋，可能通過水循環(huán)維持穩(wěn)定的氣候帶。

  ＞ 理論預(yù)測(cè)：若e行星大氣層含5-10%水蒸氣，其表面可保持液態(tài)水，但需考慮恒星耀斑對(duì)其大氣侵蝕的影響。

  4. 恒星活動(dòng)對(duì)行星的影響

  4.1 耀斑與X射線輻射

  耀斑頻率：L 98-59相對(duì)穩(wěn)定，但偶爾產(chǎn)生X級(jí)耀斑（2021年觀測(cè)到1次M5級(jí)事件）。

  紫外線通量：e行星表面UV強(qiáng)度約為地球的30-50倍，可能限制地表生命但允許地下生物圈。

  恒星風(fēng)：預(yù)計(jì)比太陽風(fēng)強(qiáng)5倍，但行星d/e可能因自身磁場(chǎng)得到部分保護(hù)。

  4.2 潮汐鎖定效應(yīng)

  所有行星可能已在10億年內(nèi)同步自轉(zhuǎn)，導(dǎo)致極端晝夜溫差。

  氣候模型：晨昏帶可能形成穩(wěn)定天氣系統(tǒng)，但永夜面可能凍結(jié)成冰蓋。

  5. 系統(tǒng)的形成與演化謎團(tuán)

  5.1 金屬貧乏