大自然如何打造行星？过程千奇百怪不可思议

法国巴黎天体物理研究所10月中旬进一步确认，他们与英国和瑞士科学家共同合作，最近在太阳系外发现了两个正在形成的新的行星。这两个行星分别被命名为WASP-1b和WASP-2b。WASP-1b位于仙女星座，距地球大约1000光年；WASP-2b位于海豚座，距地球大约500光年。　　 据法国天体物理研究所介绍，这两个行星与木星一样属于气体星球，但它们绕恒星公转一周的周期分别为2.5天和2.2天，而木星环绕太阳公转一周的周期大约是12年。此外，由于离恒星近，这两个行星的表面温度都很高，因此属于“热木星”类行星。



　　这两颗行星的发现和鉴定主要借助于英国SuperWASP系统的光测技术和法国新一代摄谱仪的径向速度测量技术。研究人员表示，尽管用肉眼难以看见这两个行星，但天文爱好者借助一台非专业望远镜就能看见。


　　北京天文馆馆长朱进对此解释说，这两个新行星的发现方法叫做“凌掩法”。当行星运行到地球与恒星之间时，行星会使恒星的亮度有所减弱。如果这时用亮度精度很高的仪器观测，就会发现恒星的亮度有周期性的微小变化，从而推测其周围有行星的存在。加上这两个新发现的行星，目前天文学界利用“凌掩法”发现的太阳系外行星已经达到14个。


　　迄今，科学界已发现200多个与太阳一样有行星围绕其公转的恒星，而围绕这些恒星公转的行星特别引起天文学界的兴趣，因为对这类行星及其质量的分析，可以帮助科学界了解气体星球的内部结构，并通过与太阳系同类星球进行比较，更好地了解行星的形成和演变。


　　据悉，法国近期将与欧洲其他国家合作发射一颗名为COROT的天文卫星，以期找到更多的太阳系外行星。


　　美国航空航天局（NASA）2005年夏天开始投入使用的“斯皮策”空间望远镜为太空开辟了更广阔的视野，它专门用于接受穿透力强的红外线，可以观测厚而致密的星云中恒星和行星的形成过程。运行仅仅数月之后，“斯皮策”空间望远镜超出了创建者们最乐观的预期。它不仅找出了行星形成的明显证据，而且揭示出行星形成过程之奇异、随机，其千奇百怪不可思议的程度远远超出人们的想象。


　　以往的行星形成假说受到质疑


　　天文学家很久之前提出过“勾兑”行星的基本方法，这种方法简单得很：捧一团星际分子云（基本成分是低温气体和尘埃），轻轻摇动，再等各种成分的运动沉淀下来，气体和尘埃开始在自身重力作用下坍缩，大量物质向中心聚集，于是形成了行星的雏形，不过原始星云的任何微小旋转在收缩过程中都会明显放大。旋转运动会将物质压成一个气体和尘埃构成的圆盘，在100万年的时间里向内旋转并降落在新生恒星上。尘埃圆盘里余下的物质开始形成行星。这一过程清楚地解释了为何我们太阳系的所有行星都朝同样的方向旋转，并且轨道几乎在一个平面上。


　　以上的解释都能自圆其说，但要解释行星如何从恒星剩余物质中形成则很费心思。人们提出了很多行星形成的详尽理论，但大多以大量假设为依据，很难分辨哪个或者究竟有没有一种理论符合真实世界的情况。美国亚利桑那大学的天文学家乔治· 里克说：“我们真正需要的是让这些理论跳出想象。”


　　这些假说在10年前受到了质疑，因为天文学家首次发现太阳系外还有行星在围绕其他恒星运行。出乎所有人预料的是，这些星系与我们的太阳系截然不同。很多星系有所谓的“热木星”，也就是轨道距离恒星极近的庞大气体行星，温度超过 1000摄氏度。还有很多新发现的行星以高度椭圆的轨道运行，有时距离恒星很近，有时又非常远。这也与太阳系行星通常接近圆形的轨道不同。


　　天文学家以前认为行星形成之后位置就不再变化，但“热木星”的存在表明，在行星生命早期，轨道常常会剧烈变化。大行星可能在一开始距离恒星比较远，然后由于引力作用呈螺旋状靠近。这种轨道改变可能毁灭已经形成的像地球这样的小行星，因为向内运动的大行星会像保龄球撞倒球瓶一样摧毁小行星。因此行星形成的时间是快还是慢、体积是大还是小至关重要。


　　电脑模拟显示，个头较小的类地行星形成过程很可能相当漫长，但这些也只是推测。里克说，它到底要花多长时间———1000年还是1000万年？学者们可能会无休止地争论下去。科学家需要的是正在形成行星的真实星系的真实数据。这正是“斯皮策”空间望远镜每天正在取得的信息。


科学探索像从华尔兹舞跳到摇摆舞


　　2003年8月25日，耗资7亿美元的“斯皮策”空间望远镜升空了。不久它就为研究者们提供了一个重大发现。罗切斯特大学的天文学家丹·沃特森负责将摄谱仪得到的新恒星“Cohen-Kuhi4”的长波和短波数据结合起来。这颗恒星属于金牛座，距离地球420光年。但发现“Cohen-Kuhi4”还只是故事的开始。从那以后，科学家们又发现了一些类似的尘埃盘和其他众多年轻的恒星。



　　天文学家从这些观测数据中得出的结论是，行星形成过程“快慢有别”。“斯皮策” 空间望远镜看到的尘埃盘的平均年龄有1亿年，是“Cohen-Kuhi4”周边行星形成时间的100倍左右。这令刚刚推断行星会以极快速度形成的天文学家们大感意外。他们本以为行星在形成过程中会用光周围的物质，令尘埃盘迅速消失。但“斯皮策”空间望远镜的观测结果表明，尘埃盘存在时间以及后期的行星形成过程可能要长得多。


　　尘埃盘不可能是最初的物质，因为最初物质会在很早之前落到恒星上。年龄比较大的恒星周围聚集这么多尘埃的唯一途径是大碰撞。肯定有比较大的星体（例如巨型彗星、小行星和原始行星）自尘埃盘中形成，随后又和另一个碰撞了。里克指出，行星在变得完全成熟之前有漫长曲折的路要走。即使在非常老的星系中，大碰撞仍在继续。


　　太阳系的周边潜伏着许多未知天体。由于太小和太远而无法反射阳光，它们几十亿年来都躲藏在黑暗中。但是现在，“斯皮策”空间望远镜正在揭开外层太阳系的奥秘，正如美国伯克利加州大学的天文学家尤金·蒋所说：“我们太阳系的周围很可能存在一个行星圈，有待天文学家发现。”


　　其实，让人吃惊之处在于这些行星的数量和大小。他们比火星还重，比冥王星轨道以外围绕太阳运行的最大岩石小行星“塞德娜”和“夸欧尔”还要大。


　　证据来自于一个发现，天文学家在海王星的轨道上发现了一个直径100公里的由冰和岩石构成的小行星。2002年它首次被发现的时候，它只是作为一个待解的现象而被记录下来。现在天文学家们认识到，它可能揭示了处于太阳系边缘的未知世界。


　　尤金·蒋并不是唯一认为我们已知的九大行星只是太阳系行星一部分的学者。美国西南研究院研究行星的天文学家阿伦·斯特恩深信，太阳系还有一些行星我们没有发现。他认为那是毫无疑问的事。太阳系肯定还存在地球大小的未知天体，有些可能比地球还大。


　　任何一个重要的新观测仪器投入使用之后，科学理论和实际观察之间总是像从节奏舒缓、优雅的华尔兹跳到指天画地令人目眩的摇摆舞。仅仅在进入轨道一年多之后，“斯皮策”空间望远镜已经大大加快了行星形成研究的进程，令很多科学家始料不及，不知所措。“斯皮策”空间望远镜正在暴露出天文学家对正在太阳系外太空形成的新世界，甚至可能存在适宜生物生存的新世界有多么无知。不过，对科学家们来说，处于求知者的地位不是坏事，因为真正的研究就是从这里开始的。


　　■新闻缘起


　　法国巴黎天体物理研究所十月中旬进一步确认，他们与英国和瑞士科学家共同合作，最近在太阳系外发现了两个正在形成的新的行星。这两个行星分别被命名为WASP-1b和WASP-2b。WASP-1b位于仙女星座，距地球大约一千光年； WASP-2b位于海豚座，距地球大约五百光年。


　　这两颗行星的发现和鉴定主要借助于英国Super鄄WASP系统的光测技术和法国新一代摄谱仪的径向速度测量技术。研究人员表示，尽管用肉眼难以看见这两个行星，但天文爱好者借助一台非专业望远镜就能看见。