失敗的木星：宇宙“超級地球”不可思議起源

■洪 霞

據國外媒體報道，隨著我們對位于太陽系之外的恒星世界進行探索，以及越來越多的系外行星被發現，我們意識到，在距離地球遙遠的宇宙空間中，存在著各種各樣的世界，這些世界就像是另類的“宇宙動物園”，大小不一，結構日益多樣化。盡管這些“遙遠的世界”之間存在著許許多多的不同點，但是，最新的研究表明，這些世界部分存在著一種類似的起源，也就是說，他們形成機制的途徑可以說是相同的。英國萊斯特大學研究人員將其稱為“小規模的潮汐效應”，這就是“超級地球”一種可能的形成方式。

科學家所發現的“超級地球”被認為存在著一個不可思議的起源

長期以來，天文學家對宇宙中行星形成的理論進行了一種假設：在恒星系統形成的初期，在嬰兒恒星周圍逐漸聚集、圍繞著大量的星際塵埃和氣體，這些塵埃和氣體不斷地旋轉，相互碰撞并凝結成團塊而繼續增長，最后在引力坍縮下形成我們現在所熟悉的世界。這就是被稱為“核心吸積”的行星形成理論模型。在巨型氣態行星的形成之初，根據“核心吸積”形成理論，在原始行星盤附近會出現一個數倍地球質量的巨型固態核心，接著該核心便吸積周圍的氣體逐漸演化，但是，該過程相當緩慢，而原始恒星系統中的氣體能否存在如此長的時間還不能確定。

科學家通過對該形成模型的研究認為，如果原始行星盤上用于行星形成的材料足夠多，那就會形成較大的行星，該情況下也是巨型氣態行星的形成機制之一。比如木星和土星；如果這些材料較少，則形成類似地球、火星以及金星這樣的巖質的世界。然而，之前被天文學家認為是行星形成基本模型之一的“核心吸積”理論，已經受到了一個新的挑戰，這份研究報告刊登在英國皇家天文學會的月報上。

根據英國萊斯特大學研究人員查勝勛 （Seung-Hoon Cha）和謝爾蓋尼亞克欣（Sergei Nayakshin）對太陽系之內的小型巖質行星的研究結果，雖然這些行星被認為是小型的，這只是相對于巨型氣態行星而言，這些系外行星比我們的地球要大，在一些場合下，我們可以稱之為“超級地球”。這些太陽系之外的“超級地球”由美國國家航空航天局的開普勒系外行星空間望遠鏡所發現，他們的形成機制被認為是具有巨型氣態行星的特征。

然而，為什么巖質行星的形成模型卻具有巨型氣態行星的特征呢？萊斯特大學的研究人員提出的行星形成替代理論，其被稱為“小規模的潮汐效應”。我們知道，類似木衛二上發生的潮汐效應使得其內部具有不一般的活動規律，以此類推，當這個情況發生在巨型氣態行星形成過程中時，來自原始恒星的引力使得原始行星盤上的氣體以及星際塵埃變得不穩定，反復的拖拽作用下，原來聚集在原始恒星周圍的氣體逐漸被撕扯下來，開始向恒星靠攏，隨著這個過程的不斷發生，只要在這顆行星與恒星的距離滿足一定的值，來自恒星的潮汐作用就會將這顆原始行星上聚集的氣體完全撕扯下來。最后，僅剩下一個固態核心。

有趣的是，該行星形成理論模型也許可以解釋為什么在一些恒星系統中，距離恒星較近的軌道位置上，存在著一些“超級地球”，他們在形成之初可能是按巨型氣態行星的途徑開始演化，比如我們太陽系中的木星。由于這些巨型氣態行星所處的位置太靠近它們的恒星，原來吸積在核心周圍的氣體被一點點地撕扯下來，作為僅僅剩下一個孤零零的固態核心，或許有的還存在著薄薄的大氣，而這個固態核心，其質量也是地球的數倍，它就是我們稱之的“超級地球”。這一切產生的原因就是恒星的潮汐干擾。

現在，我們通過開普勒系外行星空間望遠鏡找到幾十個“超級地球”，其中有些還是處于恒星系統的可居住區或者邊緣地區，在恒星系統的可居住區內，其溫度能保持水是呈現液態，這個理論同時也是我們對一個行星是否能支持生命的一項重要的指標。