太阳系逆向行星现身！科学家如何解释这一反常发现
【文/观察者网 柳白】
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一个“不可能存在”的行星系统，最近被天文学家们发现了。
据美国有线电视新闻网（CNN）2月12日报道，由英国华威大学牵头的全球天文学家团队，通过美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）的望远镜发现，一个距离地球约116光年以红矮星为中心的行星系统，可能彻底改写人类对行星形成的现有认知。具体来说，该行星系统的行星排布违背了现有行星形成理论，与太阳系“内岩外气”的行星排列规律完全相反。不过相关结论仍存在争议，有待更多观测验证。
“它本不该存在”
据悉，围绕红矮星LHS 1903运行的四行星系排列方式十分奇特：最内侧的行星是岩质行星，接下来的两颗是气态行星，而出人意料的是，最外侧的行星也是岩质行星。
这种排列方式与银河系中以及我们太阳系里常见的模式相矛盾。在太阳系，岩石行星（水星、金星、地球、火星）靠近太阳，气态行星（木星、土星、天王星、海王星）则位于外侧。
气态巨行星木星，是太阳系从内向外的第五颗行星。 IC Photo
传统理论认为，这种常见格局的成因是：行星在年轻恒星周围的气体尘埃盘中形成，靠近恒星的区域温度极高。在内层，水、二氧化碳等易挥发物质会被汽化，只有铁、造岩矿物等能耐受高温的物质才能聚集成固态颗粒，因此这里形成的行星以岩石行星为主。
在恒星更远的地方，越过科学家所说的“雪线”，温度足够低，水和其他物质可以凝结成固态冰，这一过程能让行星核快速生长。当正在形成的行星质量达到地球的约10倍时，其引力足以捕获大量氢和氦，在某些情况下，这种爆发式增长会形成木星、土星这类气态巨行星。
英国华威大学物理系助理教授、该研究第一作者托马斯·威尔逊表示：“现有的行星形成范式是，靠近恒星的内侧是岩石行星，就像我们太阳系一样。这是我们首次发现一颗岩石行星距离宿主恒星如此遥远，而且还位于气态巨行星之外。”这项研究于周四发表在《科学》期刊上。
这颗出人意料的岩石行星被命名为LHS 1903 e，半径约为地球的1.7倍，属于天文学家所说的“超级地球”——密度和成分与地球相近、体积更大的行星。但它为何会出现在这里，违背常理与以往观测结果？
威尔逊说：“我们认为这些行星形成于彼此截然不同的环境中，这也是这个系统的独特之处。按照标准形成理论，这颗比中间两颗行星更偏岩石质地的外侧行星本不该存在。但我们推测，它的形成时间比其他行星更晚。”
“气体贫乏”假说
这个行星系统最初是通过凌日系外行星巡天卫星（TESS）发现的，这是一台于2018年发射、用于寻找新系外行星的NASA空间望远镜。随后，研究人员使用欧洲航天局于2019年发射的系外行星特征探测卫星（Cheops）对其进行了分析，该卫星专门研究已知拥有系外行星的恒星。研究团队还使用了世界各地其他望远镜的数据，形成了一次大规模的国际合作。
在确认了这个“由内而外颠倒”的行星系统这一异常发现后，科学家们测试了一些假设，以解释最外侧那颗岩石行星为何会存在：它是否可能由其他行星碰撞形成？或者它是否可能是一颗曾经富含气体、后来失去外层包壳的残余核心？
“我们在这项研究中做了大量动力学分析，基本上就是让这些行星相互‘碰撞’，再把其他行星也‘扔’向它们，看看能否剥离大气层，或者通过撞击来制造出这些行星。”威尔逊说，他指的是两种可能的形成过程。“但我们无法用这些方式得到现在看到的行星。”
在排除了这些可能性之后，研究人员提出了一种威尔逊称之为“气体贫乏”的形成机制：行星是一个接一个形成的，而且顺序与我们的太阳系相反，从最内侧开始，逐渐向外。
“这种形成机制意味着，先形成内侧的行星，然后再向远离宿主恒星的方向形成外侧行星，这就意味着最外侧那颗行星是在最内侧那颗形成后数百万年才出现的，”威尔逊说，“而正因为它形成得更晚，原行星盘里已经没有多少气体和尘埃可用来构建这颗行星了。”
在我们的太阳系中，气态巨行星最先且很快形成，随后才是四颗内侧的岩石行星。在海王星轨道之外也存在一些岩石天体，例如冥王星，但与LHS 1903 e相比，它们要小得多，富含冰，而且很可能是在其他太阳系行星形成之后、通过碰撞才形成的。
仍存争议
该研究的合作者、麻省理工学院行星科学与物理学教授萨拉·西格表示，这一发现可能提供了“最早的一些证据，表明在银河系中最常见的恒星周围，行星的形成方式可能需要改写脚本”。
不过她也补充说，这项研究的核心结论建立在一种较为困难的解释之上，因此争论仍将继续。“即便在一个日渐成熟的领域里，新的发现也会提醒我们：我们在理解行星系统如何构建方面，仍然任重道远，”她在一封电子邮件中写道。
加州理工学院行星科学教授希瑟·克努森认为，LHS 1903是一个极具研究价值的行星系统，能帮助科学家深入了解小型行星的形成与演化。
她在邮件中说：“e行星尤其引人关注，它可能拥有多种类型的大气层，且温度或许低到足以让水凝结。用詹姆斯·韦伯空间望远镜观测这颗行星将会非常有趣，有望揭示更多它的大气特征。”
麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所博士后研究员安娜·格利登表示，拥有四颗行星的LHS 1903系统，可作为天然实验室，研究在与太阳不同的恒星周围小型行星如何形成。
“作者们合理地得出结论：这颗最外侧行星很可能形成于气体稀少的区域，而非通过剧烈碰撞失去大气层。” 格利登在邮件中写道，并表示未来观测能让科学家探测它们的大气层，更深入地理解不同类型行星的形成与演化。
巴尔的摩太空望远镜科学研究所天文学家内斯托尔·埃斯皮诺萨提醒道，论文提出的形成假说令人振奋，但行星形成是一个复杂过程，科学家仍在努力探索。
埃斯皮诺萨在邮件中补充说，围绕LHS 1903这类小型恒星的行星如何形成，如今仍是一个争议话题。“这个系统提供了一个非常有趣的数据点，未来数年，行星形成模型都将试图解释它——我相信，当这些模型相互比对时，我们一定会在行星形成过程中获得新的认知。”
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