與太陽系反著來！這一發現給科學家整不會了

【文/觀察者網 柳白】

一個“不可能存在”的行星系統，最近被天文學家們發現了。

據美國有線電視新聞網（CNN）2月12日報道，由英國華威大學牽頭的全球天文學家團隊，通過美國國家航空航天局（NASA）和歐洲空間局（ESA）的望遠鏡發現，一個距離地球約116光年以紅矮星為中心的行星系統，可能徹底改寫人類對行星形成的現有認知。具體來說，該行星系統的行星排布違背了現有行星形成理論，與太陽系“內巖外氣”的行星排列規律完全相反。不過相關結論仍存在爭議，有待更多觀測驗證。

“它本不該存在”

據悉，圍繞紅矮星LHS 1903運行的四行星系排列方式十分奇特：最內側的行星是巖質行星，接下來的兩顆是氣態行星，而出人意料的是，最外側的行星也是巖質行星。

這種排列方式與銀河系中以及我們太陽系里常見的模式相矛盾。在太陽系，巖石行星（水星、金星、地球、火星）靠近太陽，氣態行星（木星、土星、天王星、海王星）則位于外側。

氣態巨行星木星，是太陽系從內向外的第五顆行星。 IC Photo

傳統理論認為，這種常見格局的成因是：行星在年輕恒星周圍的氣體塵埃盤中形成，靠近恒星的區域溫度極高。在內層，水、二氧化碳等易揮發物質會被汽化，只有鐵、造巖礦物等能耐受高溫的物質才能聚集成固態顆粒，因此這里形成的行星以巖石行星為主。

在恒星更遠的地方，越過科學家所說的“雪線”，溫度足夠低，水和其他物質可以凝結成固態冰，這一過程能讓行星核快速生長。當正在形成的行星質量達到地球的約10倍時，其引力足以捕獲大量氫和氦，在某些情況下，這種爆發式增長會形成木星、土星這類氣態巨行星。

英國華威大學物理系助理教授、該研究第一作者托馬斯·威爾遜表示：“現有的行星形成范式是，靠近恒星的內側是巖石行星，就像我們太陽系一樣。這是我們首次發現一顆巖石行星距離宿主恒星如此遙遠，而且還位于氣態巨行星之外。”這項研究于周四發表在《科學》期刊上。

這顆出人意料的巖石行星被命名為LHS 1903 e，半徑約為地球的1.7倍，屬于天文學家所說的“超級地球”——密度和成分與地球相近、體積更大的行星。但它為何會出現在這里，違背常理與以往觀測結果？

威爾遜說：“我們認為這些行星形成于彼此截然不同的環境中，這也是這個系統的獨特之處。按照標準形成理論，這顆比中間兩顆行星更偏巖石質地的外側行星本不該存在。但我們推測，它的形成時間比其他行星更晚。”

“氣體貧乏”假說

這個行星系統最初是通過凌日系外行星巡天衛星（TESS）發現的，這是一臺于2018年發射、用于尋找新系外行星的NASA空間望遠鏡。隨后，研究人員使用歐洲航天局于2019年發射的系外行星特征探測衛星（Cheops）對其進行了分析，該衛星專門研究已知擁有系外行星的恒星。研究團隊還使用了世界各地其他望遠鏡的數據，形成了一次大規模的國際合作。

在確認了這個“由內而外顛倒”的行星系統這一異常發現后，科學家們測試了一些假設，以解釋最外側那顆巖石行星為何會存在：它是否可能由其他行星碰撞形成？或者它是否可能是一顆曾經富含氣體、后來失去外層包殼的殘余核心？

“我們在這項研究中做了大量動力學分析，基本上就是讓這些行星相互‘碰撞’，再把其他行星也‘扔’向它們，看看能否剝離大氣層，或者通過撞擊來制造出這些行星。”威爾遜說，他指的是兩種可能的形成過程。“但我們無法用這些方式得到現在看到的行星。”

在排除了這些可能性之后，研究人員提出了一種威爾遜稱之為“氣體貧乏”的形成機制：行星是一個接一個形成的，而且順序與我們的太陽系相反，從最內側開始，逐漸向外。

“這種形成機制意味著，先形成內側的行星，然后再向遠離宿主恒星的方向形成外側行星，這就意味著最外側那顆行星是在最內側那顆形成后數百萬年才出現的，”威爾遜說，“而正因為它形成得更晚，原行星盤里已經沒有多少氣體和塵埃可用來構建這顆行星了。”

在我們的太陽系中，氣態巨行星最先且很快形成，隨后才是四顆內側的巖石行星。在海王星軌道之外也存在一些巖石天體，例如冥王星，但與LHS 1903 e相比，它們要小得多，富含冰，而且很可能是在其他太陽系行星形成之后、通過碰撞才形成的。

仍存爭議

該研究的合作者、麻省理工學院行星科學與物理學教授薩拉·西格表示，這一發現可能提供了“最早的一些證據，表明在銀河系中最常見的恒星周圍，行星的形成方式可能需要改寫腳本”。

不過她也補充說，這項研究的核心結論建立在一種較為困難的解釋之上，因此爭論仍將繼續。“即便在一個日漸成熟的領域里，新的發現也會提醒我們：我們在理解行星系統如何構建方面，仍然任重道遠，”她在一封電子郵件中寫道。

加州理工學院行星科學教授希瑟·克努森認為，LHS 1903是一個極具研究價值的行星系統，能幫助科學家深入了解小型行星的形成與演化。

她在郵件中說：“e行星尤其引人關注，它可能擁有多種類型的大氣層，且溫度或許低到足以讓水凝結。用詹姆斯·韋伯空間望遠鏡觀測這顆行星將會非常有趣，有望揭示更多它的大氣特征。”

麻省理工學院卡夫利天體物理與空間研究所博士后研究員安娜·格利登表示，擁有四顆行星的LHS 1903系統，可作為天然實驗室，研究在與太陽不同的恒星周圍小型行星如何形成。

“作者們合理地得出結論：這顆最外側行星很可能形成于氣體稀少的區域，而非通過劇烈碰撞失去大氣層。” 格利登在郵件中寫道，并表示未來觀測能讓科學家探測它們的大氣層，更深入地理解不同類型行星的形成與演化。

巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所天文學家內斯托爾·埃斯皮諾薩提醒道，論文提出的形成假說令人振奮，但行星形成是一個復雜過程，科學家仍在努力探索。

埃斯皮諾薩在郵件中補充說，圍繞LHS 1903這類小型恒星的行星如何形成，如今仍是一個爭議話題。“這個系統提供了一個非常有趣的數據點，未來數年，行星形成模型都將試圖解釋它——我相信，當這些模型相互比對時，我們一定會在行星形成過程中獲得新的認知。”

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