天文學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)探測(cè)到了數(shù)顆在星際空間中孤獨(dú)漂泊的神秘天體——流浪行星候選體，但其是否為真正的行星始終缺乏確鑿的科學(xué)證據(jù)。由北京大學(xué)物理學(xué)院天文學(xué)系東蘇勃教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)利用十年一遇的天地同步觀測(cè)契機(jī)，首次成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)流浪行星候選體的直接質(zhì)量測(cè)量，確證其為一顆質(zhì)量與土星相當(dāng)?shù)男行?。這項(xiàng)研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，被認(rèn)為是理解行星形成與動(dòng)力學(xué)演化的一個(gè)重要里程碑。

流浪行星是指那些不圍繞任何恒星運(yùn)行、獨(dú)自漂泊于星際空間的神秘天體。當(dāng)一顆流浪行星從背景恒星前方掠過(guò)時(shí)，其引力會(huì)如透鏡般彎曲星光，使恒星短暫增亮，稱微引力透鏡事件。近十年來(lái)，天文學(xué)家們通過(guò)地面巡天望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，已捕捉到約十例流浪行星候選體，但這些天體的質(zhì)量始終無(wú)法被獨(dú)立且準(zhǔn)確測(cè)定。長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家們只能依賴統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行粗略估算，缺少直接觀測(cè)依據(jù)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2024年5月3日。當(dāng)時(shí)，韓國(guó)KMTNet項(xiàng)目與波蘭OGLE項(xiàng)目的地面望遠(yuǎn)鏡共同捕捉到一個(gè)編號(hào)為“KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516”的候選體信號(hào)，增亮過(guò)程僅持續(xù)約兩天。研究團(tuán)隊(duì)敏銳意識(shí)到，歐洲空間局的蓋亞衛(wèi)星當(dāng)時(shí)恰好在掃描同一天區(qū)。事實(shí)上，蓋亞衛(wèi)星通常每月才回訪同一區(qū)域，極難捕捉到僅持續(xù)一兩天的短暫事件。然而，在事件發(fā)生的窗口內(nèi)，蓋亞不僅正在觀測(cè)，更因其特殊的軌道方位，覆蓋了事件亮度峰值附近長(zhǎng)達(dá)16小時(shí)的關(guān)鍵階段，獲得了多達(dá)6次測(cè)量。這樣的巧合，在蓋亞超過(guò)十年的服役期內(nèi)僅此一次。

研究團(tuán)隊(duì)抓住這次機(jī)遇，成功測(cè)量到了“微引力透鏡視差”效應(yīng)。這好比用間距極遠(yuǎn)的“雙眼”觀看同一個(gè)場(chǎng)景。人眼依靠幾厘米的瞳孔間距產(chǎn)生立體視覺(jué)，而蓋亞與地面望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成的“雙眼”基線長(zhǎng)達(dá)150萬(wàn)公里。具體而言，視差效應(yīng)導(dǎo)致從蓋亞視角看到事件峰值的時(shí)間較地面視角晚了約兩個(gè)小時(shí)。正是這一時(shí)間上的差異，使得研究團(tuán)隊(duì)得以提取該候選體的距離信息，進(jìn)而確定其質(zhì)量和距離。最終分析表明，引發(fā)此次微引力透鏡事件的天體質(zhì)量約為木星質(zhì)量的五分之一，即與土星相當(dāng)。這一結(jié)果首次確鑿證實(shí)該候選體是一顆行星，從而排除了其屬于質(zhì)量更大的褐矮星或恒星的可能性。發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步表明，銀河系可能遍布著流浪行星，它們很可能是被原生行星系統(tǒng)“拋射”出來(lái)而形成的。