外星狂想曲

吳冬冬

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

直到20世紀90年代，科學家可以確定存在的行星就只是太陽系里的行星。但隨著環繞脈沖星（巨恒星爆發后剩下的、依然在燃燒的灰燼）運行的首批系外行星（太陽系以外的行星）被發現，并且很快又發現了非常靠近其母恒星運行的氣態巨行星，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，與科學家之前想象的任何行星都大相徑庭。

自那以后發現的多種多樣的系外行星，不斷讓科學家驚詫。其中既有同時沐浴在4顆恒星光輝中的系外行星，也有離開了故鄉恒星系統、在星際空間流浪的孤獨行星，還有其母恒星年齡還不到100萬年的系外行星。科學家指出，發生在我們所在的太陽系里的事情，對于預測其他恒星周圍的情況沒有什么用，因為我們期望其他恒星周圍的行星與太陽系行星差不多，但前者卻一直出乎我們預料。

過去3年中所發現的系外行星的數量，比之前任何時候都多。迄今為止，已知的系外行星數量已接近2000顆。科學家推測，系外行星將會帶給我們的驚喜還會更多。系外行星到底會有多么奇特？這方面的猜想不斷被實際探測數據刷新。科學家承認，在實際探測系外行星之前，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到底是怎樣的。

按捺不住等待實際探測結果的科學家，正忙于想象未來可能發現的一些極度怪異的系外行星類型。對科學家來說，這當然不是憑空亂想或搞著玩的。弄懂大自然創造行星的能力，對于比較太陽系行星與系外行星來說至關重要。在科學家設想的這些系外行星中，有許多會挑戰我們對行星形成過程的理解，還可能挑戰我們對“什么天體才算是行星”這一武斷的標準。另外，我們對于可居住行星可能會形成于何處的思考，難以避免地以地球為標準，而奇異系外行星的發現，無疑會擴展我們在這方面的視野，因此有助于尋找外星生命。

現在，就讓我們一起來看看科學家相信會在未來幾年中發現的5種奇異的系外行星類型。

類型一 雙行星

宏偉的華爾茲：兩顆行星彼此環繞

在我們的太陽系中，大行星彼此遠離，又各自被小得多的衛星環繞。科學家認為，這種架構形成的原因是：聚集在環繞年輕恒星的原行星盤中的塵埃團，演化成巖石塊;這些巖石塊在軌道中大量吸收物質，最終成為行星;于是，衛星從環繞行星的剩余物質中形成。或者，在太陽系形成過程中，天體之間亂碰亂撞，撞出的材料最終聚合成衛星。

然而，衛星的形成還有第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原始地球，撞出的材料聚合成今天的地球衛星——月球。可是，如果這兩顆天體當時經歷的撞擊并非如此壯觀，它們最終就可能成為關系穩定的伴星——一對彼此環繞的雙行星。

一旦找到雙行星，就可能揭示羽翼未豐的太陽系初期的動蕩童年，還可能證明這一點：產生月球的那種碰撞，其實也是一種可行的行星形成路徑。換句話說，至少在一些情況下，通過大小相仿的大天體的近距離相遇，也可以形成行星。對科學家來說幸運的是，當系外雙行星從其母恒星前方經過，且部分遮擋母恒星的星輝（這被稱為凌日）時，美國宇航局的“開普勒號”空間望遠鏡及其他旨在找尋系外行星的探測任務，將很容易探查到凌日信號。

毫無疑問，最耐人尋味的系外雙行星是一對類地球行星。試想一下，如果地球近旁有一顆可居住的地球孿生星，并且那顆星球上存在可進行空間旅行的智慧生命，那么這兩顆星球會不會交戰呢？這可是科幻小說的好題材哦。

多顆行星占據同樣的軌道。這雖然不符合對行星的常規定義，但可能是一種事實。

類型二 聚會行星

多顆行星共享一個公轉軌道

太陽系中眾行星堅守各自不同的公轉軌道環繞太陽運行，它們能夠容忍除了自己的衛星之外的伙伴。例如，出沒于拉格朗日點的特洛伊小行星就是這樣的伙伴。在拉格朗日點，行星及其母恒星的引力相互抵消。隨著行星轉動，這些點位也隨之移動，并在此過程中裹挾著它們的居民——特洛伊小行星。木星率領一大群特洛伊小行星環繞太陽。地球實際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雜的架構中。根據科學家的最新模擬，多個地球大小的可居住世界有可能共享一個“聚會軌道”。也就是說，它們與母恒星的距離都差不多。不僅只有兩顆聚會行星在跳探戈，而且可能會有3～6顆行星在聚會、共舞。

聚會行星系統可以穩定幾十億年，前提是在這個擁擠的軌道舞團隊兩邊不能有造成引力擾動的天體，不能打亂行星探戈的精確“編舞”。科學家相信，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，一個恒星系統中的大部分行星原材料，究竟怎樣聚集到一個由彼此聯系緊密的多顆行星組成的團隊中。這個問題的棘手之處并不在于軌道穩定性夠不夠，而在于宇宙空間是否允許形成這樣的行星團隊。

美國“開普勒號”望遠鏡團隊2011年報告說，他們發現了兩顆軌道周期相近的行星存在的跡象。但進一步檢驗發現，其中一顆行星的軌道周期比另一顆多了1年，這說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。要想找到聚會行星，繼續對“開普勒號”的探測數據進行分析依然是最好的途徑。盡管如此，未來的凌日探測任務——例如美國宇航局的“凌日系外行星調查衛星”（TESS）和歐洲空間局的“行星凌日及恒星擺動”（PLATO）也可能在這方面幸運立功。

一旦證實存在共軌的行星，就將推翻目前的一個教條：行星必須保持自己的軌道中沒有其他大天體。正是這個教條，導致冥王星在2006年被逐出行星俱樂部。聚會行星還可能“異花傳粉”，這是因為隕石撞擊所炸出的巖石中可能攜帶堅韌的遺傳物質。這樣一來，聚會行星就可能共享基因譜系，但它們各自的獨特環境卻會驅動生物沿著不同的路徑演化。也就是說，在兩顆聚會行星上，進化歷程有可能是不同的。

誕生于遙遠軌道中的氣態行星，向著母恒星遷徙。越來越強烈的熱量，最終會讓行星大氣層蒸發、消失，把行星的冰凍內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熱灼燒，以至于強大的恒星引力把它扭曲成膨脹的橢圓形。科學家研究了這樣的潮汐變形會怎樣影響像地球這樣的巖石行星。他們的計算表明，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存在，對行星科學界來說就會是一個福音。非球形行星可能會告訴我們有關行星內部的大量信息。行星回應母恒星引力壓力的方式，將對我們了解行星的構成提供一種全新方式。事實上，擠壓某個物體，是了解其內部的一個便捷手段。比如，在水果店里用手擠壓一只西紅柿或一只桃子，就能知道它的成熟度。與此類似，通過行星被壓扁的程度，科學家能確定這顆行星大部分是由巖石還是氣體組成的。因為相比氣態行星，巖石行星更可能存在生命，所以測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測而又有趣的氣候。

讓我們做好準備，因為這些蛋形世界有可能從尚待處理的“開普勒號”探測數據中突然浮現，或者，甚至被像TESS這樣的空間儀器或計劃在未來10年中建造的地面望遠鏡探查到。

類型四 螺旋行星

引力的俘虜：在雙恒星之間被拋來拋去

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

開普勒-15是一個由一顆橘矮星和一顆紅矮星組成的雙恒星系統，它距離地球200光年。科學家模擬了在這兩顆矮星（矮星也屬于恒星）之間作螺旋運動的行星狀況。在不到地球上一周的時間里，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圈運動。這會顛覆傳統定義的“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。

不難設想，螺旋行星上的季節轉換只需地球上的幾天就能完成。如果螺旋行星上存在生命，那么它們會目睹宇宙中最怪異的夜空之一。在到達螺旋軌道的一個盡頭、開始朝著另一顆恒星移動時，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，看上去會突然反轉。有科學家戲謔地說：“我真希望螺旋行星上的外星人能夠適應這種現象，而不是每一次都被它嚇呆。”

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

恒星會怎樣強迫螺旋行星進入這樣一個反常規的軌道？這一點仍不確定。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。雖然利用凌日探測法可能看得見螺旋行星，但想辨識它的螺旋本質則要困難得多。尋找螺旋行星的一種更好的方式是通過引力波。所謂引力波，是由愛因斯坦的廣義相對論預測的時-空上的漣漪。螺旋行星應該會產生能暴露自己行蹤的引力波。在由交互恒星產生的背景信號中，這樣的引力波會很顯眼。但要想對來自任何源頭的引力波進行直接探測并不容易，所以現在還不可行。而如果使用更精確的儀器，說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

隨著恒星-行星系統的演化，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，或者離開母恒星而去。這一個被稱為遷徙的過程，有助于解釋銀河系中為什么會有大量像海王星或木星那么大的行星占據著距離其母恒星很近的軌道。這些質量極大的系外行星一定是在遠離其母恒星的地方形成的，否則的話，恒星的輻射就會阻止行星原材料聚合成行星。隨著在遷徙過程中挪近“熔爐”（溫度極高的恒星），恒星輝光最終會把行星大氣層蒸發殆盡，讓行星只剩下巖石內核。這一行星內核隱秘處被剝開的現象，被科學家稱為“地獄化”。

有兩種地獄行星被科學家認為值得研究和相對容易探測。其中第一種是“可居住蒸發內核”：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水，因而支持生命存在區域）遷徙。它們所受到的更多的恒星輻射可能會炸掉它們的大氣層，甚至會熔化它們的巖石內核表層（這里富含水冰）。因此，這些行星可能會轉變為表面被海洋覆蓋、擁有可供呼吸的空氣的世界，為生命的出現開辟新的道路。

第二種有趣的地獄行星在開始時更像是木星。木星是太陽系中的一顆具有“偶像氣質”的漂亮巨行星，其起源至今不明。通過對一顆系外氣態巨行星被母恒星剝離出的內核進行研究，將有助于科學家了解行星的形成過程——如果暴露出內核，就能看見最初發生了什么。

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

至于“可居住蒸發內核”，科學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-行星系統的遙遠冰雪之地向內遷徙而來的。