外星狂想曲

吳冬冬

科學(xué)家正在搜尋比以往發(fā)現(xiàn)的任何系外行星都更奇異的行星。這里介紹的是其中5類可能即將浮現(xiàn)的奇異行星，但迄今為止，它們依然存在于科學(xué)家的想象中。

直到20世紀(jì)90年代，科學(xué)家可以確定存在的行星就只是太陽(yáng)系里的行星。但隨著環(huán)繞脈沖星（巨恒星爆發(fā)后剩下的、依然在燃燒的灰燼）運(yùn)行的首批系外行星（太陽(yáng)系以外的行星）被發(fā)現(xiàn)，并且很快又發(fā)現(xiàn)了非常靠近其母恒星運(yùn)行的氣態(tài)巨行星，所以這種狹窄的觀念也就被永久地改變了。這些奇異的系外行星，與科學(xué)家之前想象的任何行星都大相徑庭。

自那以后發(fā)現(xiàn)的多種多樣的系外行星，不斷讓科學(xué)家驚詫。其中既有同時(shí)沐浴在4顆恒星光輝中的系外行星，也有離開了故鄉(xiāng)恒星系統(tǒng)、在星際空間流浪的孤獨(dú)行星，還有其母恒星年齡還不到100萬(wàn)年的系外行星?？茖W(xué)家指出，發(fā)生在我們所在的太陽(yáng)系里的事情，對(duì)于預(yù)測(cè)其他恒星周圍的情況沒有什么用，因?yàn)槲覀兤谕渌阈侵車男行桥c太陽(yáng)系行星差不多，但前者卻一直出乎我們預(yù)料。

過(guò)去3年中所發(fā)現(xiàn)的系外行星的數(shù)量，比之前任何時(shí)候都多。迄今為止，已知的系外行星數(shù)量已接近2000顆。科學(xué)家推測(cè)，系外行星將會(huì)帶給我們的驚喜還會(huì)更多。系外行星到底會(huì)有多么奇特？這方面的猜想不斷被實(shí)際探測(cè)數(shù)據(jù)刷新?？茖W(xué)家承認(rèn)，在實(shí)際探測(cè)系外行星之前，他們不可能知道系外行星的多樣性到底如何，也不可能了解系外行星的架構(gòu)到底是怎樣的。

按捺不住等待實(shí)際探測(cè)結(jié)果的科學(xué)家，正忙于想象未來(lái)可能發(fā)現(xiàn)的一些極度怪異的系外行星類型。對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這當(dāng)然不是憑空亂想或搞著玩的。弄懂大自然創(chuàng)造行星的能力，對(duì)于比較太陽(yáng)系行星與系外行星來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在科學(xué)家設(shè)想的這些系外行星中，有許多會(huì)挑戰(zhàn)我們對(duì)行星形成過(guò)程的理解，還可能挑戰(zhàn)我們對(duì)“什么天體才算是行星”這一武斷的標(biāo)準(zhǔn)。另外，我們對(duì)于可居住行星可能會(huì)形成于何處的思考，難以避免地以地球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，而奇異系外行星的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑會(huì)擴(kuò)展我們?cè)谶@方面的視野，因此有助于尋找外星生命。

現(xiàn)在，就讓我們一起來(lái)看看科學(xué)家相信會(huì)在未來(lái)幾年中發(fā)現(xiàn)的5種奇異的系外行星類型。

類型一 雙行星

宏偉的華爾茲：兩顆行星彼此環(huán)繞

在我們的太陽(yáng)系中，大行星彼此遠(yuǎn)離，又各自被小得多的衛(wèi)星環(huán)繞。科學(xué)家認(rèn)為，這種架構(gòu)形成的原因是：聚集在環(huán)繞年輕恒星的原行星盤中的塵埃團(tuán)，演化成巖石塊;這些巖石塊在軌道中大量吸收物質(zhì)，最終成為行星;于是，衛(wèi)星從環(huán)繞行星的剩余物質(zhì)中形成。或者，在太陽(yáng)系形成過(guò)程中，天體之間亂碰亂撞，撞出的材料最終聚合成衛(wèi)星。

然而，衛(wèi)星的形成還有第3種路徑。一種被廣泛接受的模型指出，一顆像火星的天體撞進(jìn)原始地球，撞出的材料聚合成今天的地球衛(wèi)星——月球?？墒牵绻@兩顆天體當(dāng)時(shí)經(jīng)歷的撞擊并非如此壯觀，它們最終就可能成為關(guān)系穩(wěn)定的伴星——一對(duì)彼此環(huán)繞的雙行星。

一旦找到雙行星，就可能揭示羽翼未豐的太陽(yáng)系初期的動(dòng)蕩童年，還可能證明這一點(diǎn)：產(chǎn)生月球的那種碰撞，其實(shí)也是一種可行的行星形成路徑。換句話說(shuō)，至少在一些情況下，通過(guò)大小相仿的大天體的近距離相遇，也可以形成行星。對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)幸運(yùn)的是，當(dāng)系外雙行星從其母恒星前方經(jīng)過(guò)，且部分遮擋母恒星的星輝（這被稱為凌日）時(shí)，美國(guó)宇航局的“開普勒號(hào)”空間望遠(yuǎn)鏡及其他旨在找尋系外行星的探測(cè)任務(wù)，將很容易探查到凌日信號(hào)。

毫無(wú)疑問，最耐人尋味的系外雙行星是一對(duì)類地球行星。試想一下，如果地球近旁有一顆可居住的地球?qū)\生星，并且那顆星球上存在可進(jìn)行空間旅行的智慧生命，那么這兩顆星球會(huì)不會(huì)交戰(zhàn)呢？這可是科幻小說(shuō)的好題材哦。

多顆行星占據(jù)同樣的軌道。這雖然不符合對(duì)行星的常規(guī)定義，但可能是一種事實(shí)。

類型二 聚會(huì)行星

多顆行星共享一個(gè)公轉(zhuǎn)軌道

太陽(yáng)系中眾行星堅(jiān)守各自不同的公轉(zhuǎn)軌道環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行，它們能夠容忍除了自己的衛(wèi)星之外的伙伴。例如，出沒于拉格朗日點(diǎn)的特洛伊小行星就是這樣的伙伴。在拉格朗日點(diǎn)，行星及其母恒星的引力相互抵消。隨著行星轉(zhuǎn)動(dòng)，這些點(diǎn)位也隨之移動(dòng)，并在此過(guò)程中裹挾著它們的居民——特洛伊小行星。木星率領(lǐng)一大群特洛伊小行星環(huán)繞太陽(yáng)。地球?qū)嶋H上也有一顆自己的特洛伊小行星——一塊被稱為“2010 TK7”的小巖石。

在理論上，沒有理由不讓行星大小的天體把自己也安排在如此復(fù)雜的架構(gòu)中。根據(jù)科學(xué)家的最新模擬，多個(gè)地球大小的可居住世界有可能共享一個(gè)“聚會(huì)軌道”。也就是說(shuō)，它們與母恒星的距離都差不多。不僅只有兩顆聚會(huì)行星在跳探戈，而且可能會(huì)有3～6顆行星在聚會(huì)、共舞。

聚會(huì)行星系統(tǒng)可以穩(wěn)定幾十億年，前提是在這個(gè)擁擠的軌道舞團(tuán)隊(duì)兩邊不能有造成引力擾動(dòng)的天體，不能打亂行星探戈的精確“編舞”。科學(xué)家相信，擁有非常相似的軌道周期的多顆行星是完全可能的。但不太清楚的是，一個(gè)恒星系統(tǒng)中的大部分行星原材料，究竟怎樣聚集到一個(gè)由彼此聯(lián)系緊密的多顆行星組成的團(tuán)隊(duì)中。這個(gè)問題的棘手之處并不在于軌道穩(wěn)定性夠不夠，而在于宇宙空間是否允許形成這樣的行星團(tuán)隊(duì)。

美國(guó)“開普勒號(hào)”望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)2011年報(bào)告說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)了兩顆軌道周期相近的行星存在的跡象。但進(jìn)一步檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其中一顆行星的軌道周期比另一顆多了1年，這說(shuō)明這兩顆行星的軌道周期根本就不同，因而它們位于不同的軌道。要想找到聚會(huì)行星，繼續(xù)對(duì)“開普勒號(hào)”的探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析依然是最好的途徑。盡管如此，未來(lái)的凌日探測(cè)任務(wù)——例如美國(guó)宇航局的“凌日系外行星調(diào)查衛(wèi)星”（TESS）和歐洲空間局的“行星凌日及恒星擺動(dòng)”（PLATO）也可能在這方面幸運(yùn)立功。

一旦證實(shí)存在共軌的行星，就將推翻目前的一個(gè)教條：行星必須保持自己的軌道中沒有其他大天體。正是這個(gè)教條，導(dǎo)致冥王星在2006年被逐出行星俱樂部。聚會(huì)行星還可能“異花傳粉”，這是因?yàn)殡E石撞擊所炸出的巖石中可能攜帶堅(jiān)韌的遺傳物質(zhì)。這樣一來(lái)，聚會(huì)行星就可能共享基因譜系，但它們各自的獨(dú)特環(huán)境卻會(huì)驅(qū)動(dòng)生物沿著不同的路徑演化。也就是說(shuō)，在兩顆聚會(huì)行星上，進(jìn)化歷程有可能是不同的。

誕生于遙遠(yuǎn)軌道中的氣態(tài)行星，向著母恒星遷徙。越來(lái)越強(qiáng)烈的熱量，最終會(huì)讓行星大氣層蒸發(fā)、消失，把行星的冰凍內(nèi)核表層解凍成支持生命的海洋。

類型三 蛋形行星

巖石行星被擠壓成極端形狀

氣態(tài)巨行星WASP-12b與其母恒星之間的距離是如此之近，因而這顆行星被恒星強(qiáng)熱灼燒，以至于強(qiáng)大的恒星引力把它扭曲成膨脹的橢圓形?？茖W(xué)家研究了這樣的潮汐變形會(huì)怎樣影響像地球這樣的巖石行星。他們的計(jì)算表明，一顆類似地球的系外行星，在其赤道部位可能被拉伸直徑的20%，最終被母恒星撕裂成兩半。

如果橄欖球形狀的行星被證實(shí)存在，對(duì)行星科學(xué)界來(lái)說(shuō)就會(huì)是一個(gè)福音。非球形行星可能會(huì)告訴我們有關(guān)行星內(nèi)部的大量信息。行星回應(yīng)母恒星引力壓力的方式，將對(duì)我們了解行星的構(gòu)成提供一種全新方式。事實(shí)上，擠壓某個(gè)物體，是了解其內(nèi)部的一個(gè)便捷手段。比如，在水果店里用手?jǐn)D壓一只西紅柿或一只桃子，就能知道它的成熟度。與此類似，通過(guò)行星被壓扁的程度，科學(xué)家能確定這顆行星大部分是由巖石還是氣體組成的。因?yàn)橄啾葰鈶B(tài)行星，巖石行星更可能存在生命，所以測(cè)量一顆行星的柔性有助于確定這顆行星支持生命存在的潛能。另外，橢球形行星不同部位的大氣層所感受到的引力大小不同，因而可能形成難以預(yù)測(cè)而又有趣的氣候。

讓我們做好準(zhǔn)備，因?yàn)檫@些蛋形世界有可能從尚待處理的“開普勒號(hào)”探測(cè)數(shù)據(jù)中突然浮現(xiàn)，或者，甚至被像TESS這樣的空間儀器或計(jì)劃在未來(lái)10年中建造的地面望遠(yuǎn)鏡探查到。

類型四 螺旋行星

引力的俘虜：在雙恒星之間被拋來(lái)拋去

就算是由理論學(xué)家想象的最怪異的行星，也依然沿襲傳統(tǒng)思路：它們的近似圓形的軌道位于一個(gè)平面上。但螺旋行星顯然不屬于這個(gè)范疇。盡管令人匪夷所思，螺旋行星卻可能存在于一種軌道“監(jiān)獄”里：它們?cè)陔p星系統(tǒng)中兩顆恒星之間的軸線附近作螺旋式運(yùn)動(dòng)，被兩顆恒星的引力時(shí)而拉向一側(cè)，時(shí)而又拉向另一側(cè)。一些科學(xué)家相信，螺旋行星代表著一種全新的、盡管是猜測(cè)性的卻又是可以穩(wěn)定的行星軌道類型。

開普勒-15是一個(gè)由一顆橘矮星和一顆紅矮星組成的雙恒星系統(tǒng)，它距離地球200光年?？茖W(xué)家模擬了在這兩顆矮星（矮星也屬于恒星）之間作螺旋運(yùn)動(dòng)的行星狀況。在不到地球上一周的時(shí)間里，這顆行星就可能在其圓錐形軌道中完成一次瘋狂的翻筋斗轉(zhuǎn)圈運(yùn)動(dòng)。這會(huì)顛覆傳統(tǒng)定義的“一年”：如果螺旋行星真的存在的話，它的一年還不到地球上的7天。

不難設(shè)想，螺旋行星上的季節(jié)轉(zhuǎn)換只需地球上的幾天就能完成。如果螺旋行星上存在生命，那么它們會(huì)目睹宇宙中最怪異的夜空之一。在到達(dá)螺旋軌道的一個(gè)盡頭、開始朝著另一顆恒星移動(dòng)時(shí)，距離螺旋行星上的“目擊者”最近的那顆恒星在天空中的方向，看上去會(huì)突然反轉(zhuǎn)。有科學(xué)家戲謔地說(shuō)：“我真希望螺旋行星上的外星人能夠適應(yīng)這種現(xiàn)象，而不是每一次都被它嚇呆?！?p>

氣態(tài)巨行星被拉向母恒星。在此過(guò)程中，行星的稠密大氣層被烤干，從而暴露出隱蔽的巖石行星核。

恒星會(huì)怎樣強(qiáng)迫螺旋行星進(jìn)入這樣一個(gè)反常規(guī)的軌道？這一點(diǎn)仍不確定。但如果一顆離開母恒星而在宇宙空間流浪的孤獨(dú)行星被雙恒星的引力俘獲，它就最可能變成一顆螺旋行星。雖然利用凌日探測(cè)法可能看得見螺旋行星，但想辨識(shí)它的螺旋本質(zhì)則要困難得多。尋找螺旋行星的一種更好的方式是通過(guò)引力波。所謂引力波，是由愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的時(shí)-空上的漣漪。螺旋行星應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生能暴露自己行蹤的引力波。在由交互恒星產(chǎn)生的背景信號(hào)中，這樣的引力波會(huì)很顯眼。但要想對(duì)來(lái)自任何源頭的引力波進(jìn)行直接探測(cè)并不容易，所以現(xiàn)在還不可行。而如果使用更精確的儀器，說(shuō)不定有朝一日就能讓螺旋行星原形畢露。

類型五 地獄行星

裸露的行星——它們的大氣層已徹底蒸發(fā)

隨著恒星-行星系統(tǒng)的演化，眾行星彼此間施加引力，這意味著它們逐漸朝著母恒星移動(dòng)，或者離開母恒星而去。這一個(gè)被稱為遷徙的過(guò)程，有助于解釋銀河系中為什么會(huì)有大量像海王星或木星那么大的行星占據(jù)著距離其母恒星很近的軌道。這些質(zhì)量極大的系外行星一定是在遠(yuǎn)離其母恒星的地方形成的，否則的話，恒星的輻射就會(huì)阻止行星原材料聚合成行星。隨著在遷徙過(guò)程中挪近“熔爐”（溫度極高的恒星），恒星輝光最終會(huì)把行星大氣層蒸發(fā)殆盡，讓行星只剩下巖石內(nèi)核。這一行星內(nèi)核隱秘處被剝開的現(xiàn)象，被科學(xué)家稱為“地獄化”。

有兩種地獄行星被科學(xué)家認(rèn)為值得研究和相對(duì)容易探測(cè)。其中第一種是“可居住蒸發(fā)內(nèi)核”：低溫且較小的類海王星行星，朝著母恒星的可居住地帶（恒星周圍溫度不太高也不太低，允許行星表面存在液態(tài)水，因而支持生命存在區(qū)域）遷徙。它們所受到的更多的恒星輻射可能會(huì)炸掉它們的大氣層，甚至?xí)刍鼈兊膸r石內(nèi)核表層（這里富含水冰）。因此，這些行星可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻姹缓Ｑ蟾采w、擁有可供呼吸的空氣的世界，為生命的出現(xiàn)開辟新的道路。

第二種有趣的地獄行星在開始時(shí)更像是木星。木星是太陽(yáng)系中的一顆具有“偶像氣質(zhì)”的漂亮巨行星，其起源至今不明。通過(guò)對(duì)一顆系外氣態(tài)巨行星被母恒星剝離出的內(nèi)核進(jìn)行研究，將有助于科學(xué)家了解行星的形成過(guò)程——如果暴露出內(nèi)核，就能看見最初發(fā)生了什么。

一旦捕捉到系外行星向母恒星靠近、導(dǎo)致行星喪失大氣層的遷徙過(guò)程，就會(huì)為地獄行星理論提供一個(gè)寶貴的證據(jù)。一些科學(xué)家相信，氣態(tài)巨行星WASP-12b或許正好處在這樣一個(gè)演化階段：它不只被母恒星的巨大引力無(wú)情地壓扁，而且被母恒星烤干了自己的大氣層。

至于“可居住蒸發(fā)內(nèi)核”，科學(xué)家相信它們明顯的低密度表明：這些地獄行星是從自己所在恒星-行星系統(tǒng)的遙遠(yuǎn)冰雪之地向內(nèi)遷徙而來(lái)的。