神秘行星怎樣形成？年輕的巨星為我們提供研究線索

木星大小的行星，公轉(zhuǎn)軌道距離其母恒星非常近，這顛覆了以往關(guān)于巨行星形成的舊有觀念。尋找并研究這類行星中的年輕成員，可以幫助我們解決很多關(guān)鍵問題。

在人類歷史的大部分時(shí)間里，我們對(duì)于行星形成及演化的了解，都是基于太陽系中的八（或九）顆行星。但在過去25年中，4000多顆系外行星的發(fā)現(xiàn),給我們提供了更多的研究方向。

在這些新發(fā)現(xiàn)的遙遠(yuǎn)星球中，最引人關(guān)注的，是一類被稱為熱木星的系外行星。這些以氣體為主的行星，大小類似木星，運(yùn)行軌道非常靠近其母恒星，公轉(zhuǎn)周期僅18小時(shí)。而在我們太陽系中，情況完全不同：距離太陽最近的行星是由巖石構(gòu)成，公轉(zhuǎn)軌道也比之更遠(yuǎn)。我們對(duì)于熱木星的疑問，就像其體型一樣大：它們是在離恒星很近的地方形成的嗎？或者，是先在較遠(yuǎn)的地方形成，再向內(nèi)遷移的嗎？如果這些巨星真的遷移過，那能以此類推，揭示出我們太陽系中行星的歷史嗎？

為了回答以上問題，科學(xué)家們需要在這些熱巨星的形成早期，觀測(cè)它們。近來，《天文學(xué)雜志》的一項(xiàng)新研究，報(bào)告了對(duì)系外行星HIP67522b的觀測(cè)成果：它可能是迄今為止，人類發(fā)現(xiàn)的最年輕的熱木星。它圍繞著一顆已知的年齡大約在1700萬年的恒星公轉(zhuǎn)。這意味著，它的年齡，大概比其年輕幾百萬年。然而之前大多數(shù)已知的熱木星，年齡都超過10億年。這顆熱木星，公轉(zhuǎn)周期為7天，它圍繞運(yùn)轉(zhuǎn)的恒星與我們的太陽非常相似。HIP67522b距離地球僅490光年，約為地球直徑的10倍，接近木星直徑。它的體積，表明了它是一顆以氣體為主的行星。

美國(guó)航空航天局的“凌星系外行星勘測(cè)衛(wèi)星（TESS)”把HIP67522b確定為我們正想要尋找的這種熱木星。該勘測(cè)衛(wèi)星，通過“凌星法”來探測(cè)行星：科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一顆恒星的亮度出現(xiàn)小幅降低時(shí)，說明有圍繞其運(yùn)行的行星，從觀測(cè)者和恒星之間通過。但年輕恒星的表面，常常有大量暗斑——星斑。（太陽上的星斑，也被稱為太陽黑子）——觀測(cè)者很可能把這些星斑與凌星的行星搞混淆。不過，根據(jù)美國(guó)航空航天局的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡（已退役）的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們證實(shí)：觀測(cè)到的亮度改變信息，確是來自一顆行星（即HIP67522b），而不是恒星星斑。(當(dāng)然，有其它一些探測(cè)系外行星的方法，曾提供一些跡象表示：可能存在更年輕的熱木星，但都沒有得到證實(shí)。）

這一發(fā)現(xiàn)，讓我們有可能尋找到更多年輕的熱木星，并可能更深入地了解到：行星如何在宇宙中形成的——即使，我們只待在地球上的屋子里研究。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的，是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的系外行星科學(xué)家，艾倫.里祖托。他表示：“我們可以通過研究太陽系行星，和其它圍繞太陽運(yùn)行的物體，來了解太陽系及其演化過程。但，除非人類去尋找系外行星，否則，我們永遠(yuǎn)不會(huì)知道我們的太陽系有多獨(dú)特，或有多普通。系外行星科學(xué)家們正在研究：我們的太陽系是如何為宇宙中行星形成，提供條件的？”

遷移的巨星？

熱木星是如何變成非常接近其母恒星的呢？關(guān)于這個(gè)問題，科學(xué)界有三種主要的推測(cè)。其中一種推測(cè)是：它就在那里形成并保持原地不動(dòng)。但實(shí)在很難想象，行星能在如此惡劣的環(huán)境中形成：母恒星熾熱的極端高溫，使得大部分行星物質(zhì)蒸發(fā)掉；而且，年輕的母恒星，常劇烈爆發(fā)，并伴隨恒星風(fēng)暴，幾乎任何它周圍新形成的行星，都會(huì)消失在萌芽初期。

事實(shí)上，更科學(xué)的解釋只能是：氣態(tài)巨行星在被稱為“雪線”的邊界之外，距離其母恒星較遠(yuǎn)的地方，萌生、演變、壯大。那里的溫度足夠冷，能夠形成冰和其它固體物質(zhì)。類似木星的行星，幾乎全部由氣體組成，但是它們有固態(tài)的內(nèi)核。這些固態(tài)內(nèi)核在“雪線”邊界之外，更容易形成。在那里，冰凍物質(zhì)可以像滾雪球一樣，逐步凝結(jié)粘聚成團(tuán)狀。

因此,另外兩種推測(cè)是：熱木星在形成后，逐步移動(dòng)，慢慢向母恒星靠攏。不過，促使這種遷移產(chǎn)生的原動(dòng)力是什么？又發(fā)生在什么時(shí)機(jī)呢？

針對(duì)這個(gè)問題，一種觀點(diǎn)認(rèn)為：在行星系統(tǒng)形成的早期，當(dāng)母恒星還被來自自身，以及來自行星形成過程中的氣體塵埃盤環(huán)繞著時(shí)，熱木星就開始了它的遷移之旅。在這種假說下，氣體塵埃盤的引力與剛形成的巨星星體，相互作用影響，可能擾亂到氣態(tài)巨星的原運(yùn)行軌道，導(dǎo)致其向內(nèi)遷移。

而另一種觀點(diǎn)堅(jiān)持認(rèn)為：熱木星會(huì)在更晚一些的時(shí)間點(diǎn)，才向內(nèi)遷移。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，即：當(dāng)環(huán)繞母恒星的其它行星的引力，能提供使其遷移的動(dòng)力。不過，事實(shí)上，HIP67522b在它形成后，很早就已經(jīng)離它的母恒星非常近了。這表明，這種觀點(diǎn)可能不適用于HIP67522b這個(gè)案例。當(dāng)然，僅僅靠研究一顆已知的熱木星，不足以給所有這類星體的形成及演化過程下結(jié)論。

長(zhǎng)谷川康弘說：“科學(xué)家們想知道，是否存在一種主流的機(jī)制，這種機(jī)制，能揭示大多數(shù)熱木星的形成之謎？到底哪種“形成論”是最當(dāng)被重視的，能夠再次完美解釋我們觀測(cè)到的此類星體呢？目前社會(huì)上還沒有達(dá)成明確共識(shí)。雖然，發(fā)現(xiàn)這顆年輕的熱木星，是令人興奮的，但對(duì)它的研究成果，只是一個(gè)片面答案。要解開全部謎團(tuán)，我們需要發(fā)現(xiàn)和研究更多的同類星體。”長(zhǎng)谷川康弘，任職于美國(guó)航空航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，是專門研究行星形成的天體物理學(xué)家。（但他沒有參與這項(xiàng)研究。）

TESS——“凌星系外行星勘測(cè)衛(wèi)星”——是一項(xiàng)美國(guó)航空航天局天體物理探索者任務(wù)，由位于馬薩諸塞州波士頓都市區(qū)劍橋市的麻省理工學(xué)院牽頭運(yùn)作，由美國(guó)航空航天局的戈達(dá)德太空飛行中心管理。其他合作伙伴包括：位于弗吉尼亞州福爾斯徹奇市的諾斯洛普·格魯門公司、位于加州硅谷的美國(guó)航空航天局艾姆斯研究中心、位于馬薩諸塞州劍橋市的哈佛-史密森天體物理中心、麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室、以及巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所……全世界有十幾所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和天文觀測(cè)站，都參與到這項(xiàng)任務(wù)中。

美國(guó)航空航天局的斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡已于2020年1月30日退役。但科學(xué)界仍在繼續(xù)分析斯皮策傳回的數(shù)據(jù)資料（資料保存在：位于加利福尼亞州帕薩迪納市加州理工學(xué)院的IPAC的紅外科學(xué)檔案館）。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為位于華盛頓的美國(guó)航空航天局科學(xué)任務(wù)理事會(huì)工作，它負(fù)責(zé)斯皮策任務(wù)。在加州理工學(xué)院IPAC的斯皮策科學(xué)中心，進(jìn)行著科學(xué)的研究運(yùn)作?？臻g飛行器任務(wù)，由在科羅拉多州利特爾頓的洛克希德馬丁太空公司承擔(dān)。加州理工學(xué)院為美國(guó)航空航天局管理噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

BY:?Tony Greicius

FY: 椒椒

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