系外行星和太陽系如此不同，它們是如何形成的，科學家爭論不已
2020-07-02 姿勢分子knowledge截至目前，人類已經發現了超過4000顆系外行星。這對於我們來說，是一項非常偉大的成就。
按說這些系外行星可以證明我們的太陽系非常普通，因為行星如此普遍，太陽系也沒有什麼特殊之處。但實際上，當科學家發現的系外行星越多，居然還真的越發現太陽系與眾不同之處。
正如德克薩斯大學奧斯汀分校（UTA）的博士後研究員Aaron C. Rizzuto所指出的那樣：「行星和其他繞太陽公轉的天體的確可以幫助我們了解太陽系和它的歷史，但如果沒有系外行星，我們永遠也不知道太陽系在宇宙中有多麼獨一無二或者不過爾爾。系外行星科學家們正在努力探索，想了解太陽系在整個宇宙拼圖中佔據怎樣的位置。」
自從人類開始能夠計算太陽系行星運行規律到現在，它們幾乎始終完美地按照人類的理論在繞太陽公轉，沒有任何變化。科學家一度相信，太陽系的行星就是形成於一個完美的位置，然後在這個完美的位置上運行到了今天。
然而，當系外行星一顆一顆被發現，科學家也就越來越驚訝。大量的系外行星都非常靠近它們的宿主恆星，有一些比太陽系最內側行星水星的軌道還要小。前不久科學家發現的系外行星NGTS-10b，公轉周期甚至只有18個小時，是水星的4.17%。由於靠近宿主恆星，這些行星普遍溫度極高，有的甚至超過了4000℃！
不僅如此，這些高溫的行星普遍非常巨大，有的甚至比木星還大。它們都是好木星一樣的氣體巨星，所以科學家們給它們起了一個名字——熱木星。
這些現象都讓科學家非常困惑，所有的困惑最終都匯總為一個問題：為何太陽系的氣體巨星都在幾億公裡以外，而系外行星的氣體巨星卻如此靠近宿主恆星呢？科學家提出了不同的看法：有人認為，這些熱木星可能本來就在這些位置形成；不過也有人指出，它們應該形成於比較遠的位置，但是慢慢遷移到了內側。
第一種理論的信服者並不多，因為它有很多無法解釋的問題。因為行星和恆星的形成時間不會差太多，而年輕的恆星非常暴躁，可以把周圍的物質吹散。因此，它附近的區域很難形成行星，即使形成也很可能被蒸發。因此，很多人才信服第二種理論。
持這個觀點的科學家認為：這些行星很可能形成於距離宿主恆星非常遙遠的地方。它們形成的區域十分寒冷，別說水，連二氧化碳、甲烷、氨氣等都會凝固，也就是位於雪線之外。關於接下來的過程，持第二種觀點的科學家們也出現了分歧。
有人認為，這些行星可能在形成的過程中就開始向內遷移。由於原始行星盤的引力與行星的質量有相互作用，幹擾了行星的形成過程。於是，行星帶著周圍的原始行星盤，開始向內遷移。
另外一部分人否認了這種理論，他們相信行星的遷移過程是在整個系統內所有的行星全部形成後才開始的。正是其他行星形成之後產生的引力作用，導致了這些行星無法安穩地留在原來的軌道上。
（圖片說明：熱木星模擬動畫）
兩派科學家在這個問題上爭論不已，直到最近，Rizzuto領導的一支科學團隊，在整理已經退役的斯皮策太空望遠鏡的數據時，似乎在一顆名為HIP 67522 b的熱木星上找到了答案，並將最新的研究成果發表在了《天文學雜誌》上。
據了解，HIP 67522 b是美國宇航局的凌日外行星勘測衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）在今年早些時候發現的一顆系外行星，距離我們大約490光年。它的直徑大約是地球的10倍，和木星差不多大，公轉周期僅有7天，是一顆非常典型的熱木星。
通過它對宿主恆星的遮擋作用所導致的恆星光度變化，人類檢測到了它的存在，並且估算了它的大小和公轉周期。同時，為了避免恆星黑子的幹擾，科學家們利用斯皮策太空望遠鏡在紅外波段的觀測數據進行了檢驗，確認了它的存在。
（圖片說明：斯皮策太空望遠鏡）
值得注意的是，HIP 67522 b是我們迄今為止發現最年輕的熱木星，大約僅僅有1700萬年的歷史。相比之下，其他的熱木星普遍都在10億年以上。這對於我們來說至關重要，可以幫助我們了解熱木星的演化過程。正是由於它如此的年輕，才可以幫助我們在前面關於熱木星遷移時間的問題上找到答案。
研究人員指出：目前我們沒有在它的宿主恆星HIP 67522周圍找到任何原始行星盤的痕跡。換句話說，它自己的恆星系統已經完全形成，所有的行星也已經出生。這意味著，那些認為行星在形成過程中帶著原始行星盤一起遷移的理論遭受了極大的挑戰。
美國宇航局噴氣推進實驗室專門研究行星形成的天體物理學家Yasuhiro Hasegawa指出：「科學家們想知道，是否存在一種機制主導著大多數熱木星的形成。目前來說，關於哪種理論能夠在解釋我們觀測到的眾多天體形成過程的問題上脫穎而出，學界還沒有達成共識。這顆年輕的熱木星的發現令人欣喜，但是這也僅僅是謎底的一個線索。想要解開這個謎題，我們需要獲得更多。」
就像他所說的，目前人類才第一次發現如此年輕的熱木星，雖然可以給我們一些暗示，但遠遠不足以讓我們下定論。它到底是系外行星中的一個特例，還是能夠代表大部分系外行星的形成過程，還不得而知，我們需要觀測到更多年輕的熱木星才可以。
另外，這次發現也沒有能夠解釋太陽系的問題。我們的太陽系布局在宇宙中仍然顯得非常獨特，沒有熱木星，所有氣體行星都離太陽比較遠。難道太陽系在宇宙中真的這麼獨一無二嗎？相信未來也會有新的發現，給我們一個答案。
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