探索宇宙奧秘 · 理性思考

他們?cè)诰嚯x我們不遠(yuǎn)的一顆紅矮星周?chē)l(fā)現(xiàn)了一個(gè)行星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)本身并無(wú)特別，有四顆行星。但蹊蹺的是，它的布局完全亂了套：在最外層軌道上，竟然安安靜靜地待著一顆巖石行星。

在我們的太陽(yáng)系里，行星的排列井然有序?？拷?yáng)的四顆行星——水星、金星、地球、火星——是致密的巖石世界。而遠(yuǎn)離太陽(yáng)的四顆行星——木星、土星、天王星、海王星——?jiǎng)t是巨大的氣態(tài)行星。

這個(gè)模式并非偶然。理論認(rèn)為，在行星形成的早期，年輕恒星發(fā)出的強(qiáng)烈輻射和恒星風(fēng)，會(huì)像一臺(tái)巨大的吹風(fēng)機(jī)，將周?chē)p巧的氣體吹走。因此，在炙熱的“內(nèi)場(chǎng)”，行星很難抓住氣體，只能以巖石和金屬的形態(tài)存在。而在遙遠(yuǎn)的“外場(chǎng)”，溫度足夠低，氣體分子運(yùn)動(dòng)緩慢，足以被行星的引力捕獲，從而形成厚厚的、以氫氦為主的大氣層，也就是我們看到的巨行星。

新發(fā)現(xiàn)的LHS 1903系統(tǒng)，卻是一個(gè)不按圖紙施工的“毛坯房”。

LHS 1903是一顆比太陽(yáng)小得多、也暗得多的紅矮星。研究人員利用包括歐洲空間局“系外行星特性探測(cè)衛(wèi)星”（CHEOPS）在內(nèi)的多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，確認(rèn)了這個(gè)系統(tǒng)擁有四顆行星。

前三顆行星非?！奥?tīng)話(huà)”：最內(nèi)側(cè)是一顆巖石行星，緊隨其后的是兩顆類(lèi)似于“迷你海王星”的氣態(tài)行星。一切看起來(lái)都符合預(yù)期。

但第四顆行星，被命名為L(zhǎng)HS 1903 e，卻成了那個(gè)異類(lèi)。它位于系統(tǒng)的最外側(cè)，距離恒星最遠(yuǎn)，那里本該是氣態(tài)巨行星的領(lǐng)地。數(shù)據(jù)分析卻明確無(wú)誤地顯示：LHS 1903 e是一顆巖石行星。

研究團(tuán)隊(duì)首先嘗試用常規(guī)理論去解釋。是不是它曾經(jīng)被一顆巨大的天體撞擊，炸飛了原本的大氣層？或者是行星們?cè)诼L(zhǎng)的時(shí)間里發(fā)生了軌道遷移，互相換了位置？

但精密的數(shù)值模擬和軌道分析，將這些可能性一一排除。這顆行星，似乎打一開(kāi)始，就是以巖石的形態(tài)在那里形成的。

這就引出了一個(gè)更為大膽的猜測(cè)：這個(gè)系統(tǒng)中的行星，可能并不是在同一時(shí)間、用同一種“配方”一鍋端出來(lái)的。它們很可能是“分批次、按訂單”生產(chǎn)的。

這就是一個(gè)被稱(chēng)為“由內(nèi)而外”的行星形成理論。

傳統(tǒng)模型認(rèn)為，行星在圍繞恒星的“原行星盤(pán)”（一個(gè)由氣體和塵埃構(gòu)成的巨大圓盤(pán)）中，幾乎是同時(shí)開(kāi)始“抱團(tuán)”生長(zhǎng)的。但“由內(nèi)而外”的模型則描繪了另一幅圖景：行星的形成是一個(gè)時(shí)序過(guò)程。圓盤(pán)中的物質(zhì)從靠近恒星的地方開(kāi)始凝聚，形成第一顆行星。這顆行星形成后，會(huì)像一把掃帚，清理掉其軌道附近的物質(zhì)。 隨后，新的物質(zhì)又在稍遠(yuǎn)的地方累積，開(kāi)始孕育第二顆行星。

這個(gè)過(guò)程像多米諾骨牌一樣，由內(nèi)向外，逐次觸發(fā)。關(guān)鍵在于，每一顆行星形成時(shí)，它所處的“原行星盤(pán)”環(huán)境都在發(fā)生變化。當(dāng)最外側(cè)的LHS 1903 e終于開(kāi)始凝聚成形時(shí)，它周?chē)摹霸蟼}(cāng)庫(kù)”——?dú)怏w，可能已經(jīng)被前幾顆行星的誕生和恒星的輻射消耗殆盡了。

沒(méi)有了氣體，它就成不了一顆氣態(tài)巨行星，只能以巖石的形態(tài)定格下來(lái)。它的存在，記錄下了那個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)代，系統(tǒng)“原材料”逐漸耗盡的最后時(shí)刻。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義，遠(yuǎn)不止于找到了一顆奇怪的星球。它為我們打開(kāi)了一扇新的窗戶(hù)，讓我們得以窺見(jiàn)行星形成過(guò)程的復(fù)雜性和多樣性。

它告訴我們，行星形成的“配方”不止一種。宇宙中存在著一個(gè)遠(yuǎn)比我們想象中更豐富、更離奇的“行星動(dòng)物園”。LHS 1903系統(tǒng)到底是極其罕見(jiàn)的“畸形秀”，還是一個(gè)被我們忽略了的主流模式的第一個(gè)代表？這需要更多的觀測(cè)來(lái)回答。

首先，在“地面觀測(cè)”上，我國(guó)自主研制的郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）已經(jīng)發(fā)布了千萬(wàn)量級(jí)的光譜數(shù)據(jù)，為尋找系外行星的“候選者”提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)分析恒星的光譜，我們可以反推出恒星的金屬含量、年齡等信息，這些都是研究行星形成的關(guān)鍵參數(shù)。

在“空間探測(cè)”上，中國(guó)已經(jīng)提出了多個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的系外行星探測(cè)項(xiàng)目。例如，計(jì)劃中的“近鄰宜居系外行星巡天計(jì)劃”（CHES）和“地球2.0計(jì)劃”（ET），旨在通過(guò)高精度的天體測(cè)量和凌星法，在太陽(yáng)系附近尋找真正宜居的、類(lèi)似地球的系外行星。這些項(xiàng)目的靈敏度極高，恰恰是發(fā)現(xiàn)像LHS 1903這樣圍繞昏暗紅矮星運(yùn)行的、微小行星的理想工具。

LHS 1903 e的發(fā)現(xiàn)，對(duì)中國(guó)科學(xué)家而言，既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)指引。它挑戰(zhàn)了我們對(duì)行星形成的既有認(rèn)知，同時(shí)也清晰地指明了未來(lái)觀測(cè)的方向。當(dāng)我們自己的CHES或ET衛(wèi)星升空后，我們或許就能系統(tǒng)地回答：在整個(gè)銀河系中，像LHS 1903這樣的系統(tǒng)到底有多少？那些遵循“由內(nèi)而外”模式形成的行星，又是否具備孕育生命的條件？

這個(gè)在遙遠(yuǎn)恒星外圍的“蘇打餅干”，就這樣撬動(dòng)了我們對(duì)整個(gè)宇宙行星形成理論的新思考?？茖W(xué)探索的魅力，正在于此。