近年來天文學(xué)上的一些重大發(fā)現(xiàn)和突破，令現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)理論受到了最激進(jìn)的挑戰(zhàn),。正在不斷膨脹的行星數(shù)目也意味著,，任何一個(gè)新的模型都是暫時(shí)的，自然界遠(yuǎn)比我們?nèi)祟愔腔?，我們無法想象的事情是有可能發(fā)生的,。

驚人的發(fā)現(xiàn)

“這是一個(gè)大淘金的時(shí)代，”德國馬普天文研究所的天體物理學(xué)家托馬斯·亨寧說,，“每一天你都會(huì)發(fā)現(xiàn)新的東西,。”

美國宇航局開普勒探測器的發(fā)射加速了太陽系外行星搜尋的進(jìn)程,，它所發(fā)現(xiàn)的2500顆行星使得對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析成為了可能,，然而情況卻變得越加令人困惑?！伴_普勒”發(fā)現(xiàn)銀河系中最普遍的行星類型,，是一類大小介于地球和海王星之間的行星———被稱為“超級(jí)地球”。太陽系中不存在這樣的行星,，它們?cè)徽J(rèn)為是幾乎不可能形成的,。

現(xiàn)在，地面望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)能直接探測到來自太陽系外行星的光,，而不是像“開普勒”那樣地做間接探測,，但異常的情況依然不斷,。天文學(xué)們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量數(shù)倍于木星的巨行星,，可以在2倍于海王星到太陽的距離上繞其宿主恒星公轉(zhuǎn)———這是另一個(gè)理論家們認(rèn)為不可能形成巨行星的區(qū)域,。其他的行星系統(tǒng)則看起來一點(diǎn)也不像我們有序的太陽系，挑戰(zhàn)著用來解釋太陽系的經(jīng)典理論,。

令天文學(xué)既高興又困惑的不僅僅是這些“超級(jí)地球”,，還有從太陽系外涌現(xiàn)出來的“熱類木星”。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)第一顆太陽系外行星是在20年前,，這顆行星被稱為飛馬51b,，它的質(zhì)量為木星的一半，但它為期僅4天的公轉(zhuǎn)周期,，使得它極端靠近其宿主恒星,。研究行星形成的理論家們找不出一條途徑來解釋，在距離新生恒星這么近密的地方能形成一顆質(zhì)量這么大的行星,。它也許只是另類的個(gè)案,，但很快在對(duì)太陽系外行星的搜索中涌現(xiàn)出了更多的“熱類木星”，而另類程度則有增無減：它們有著大橢圓和高傾角的軌道,，有些甚至以“逆向”繞恒星公轉(zhuǎn)———與恒星的自轉(zhuǎn)方向相反,。

還有更驚人的發(fā)現(xiàn)———圍繞太陽系外的恒星HR8799系統(tǒng)的行星中，有4顆行星的軌道從超過土星到太陽的距離到超過2倍于海王星到太陽的距離不等,。最令人驚訝的是,，所有這4顆行星都是巨行星，總質(zhì)量是木星的5倍以上,。根據(jù)現(xiàn)有理論,，在如此遠(yuǎn)的軌道行星運(yùn)動(dòng)速度太慢，在盤消散之前它們的生長速度極慢,，質(zhì)量應(yīng)該遠(yuǎn)小于木星,。

超級(jí)地球的崛起

▲在熱類木星率先被發(fā)現(xiàn)之后，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡隨后發(fā)現(xiàn),，同樣占據(jù)近密軌道的超級(jí)地球,，是最普遍的太陽系外行星類型。地面望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)已能對(duì)類似8799b這樣的遠(yuǎn)距離巨行星進(jìn)行直接成像,。

在熱類木星率先被發(fā)現(xiàn)之后,，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡隨后發(fā)現(xiàn)，同樣占據(jù)近密軌道的超級(jí)地球,，是最普遍的太陽系外行星類型,。地面望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)已能對(duì)類似8799b這樣的遠(yuǎn)距離巨行星進(jìn)行直接成像。

探尋真實(shí)全貌

“很明顯,，實(shí)際情況與我們的預(yù)期相去甚遠(yuǎn),，”美國斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家布魯斯,？麥金托什說。遙遠(yuǎn)的巨行星支持了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理論的最激進(jìn)挑戰(zhàn),。

“開普勒”的驚人發(fā)現(xiàn),，即60%的類太陽恒星擁有一顆超級(jí)地球，需要一個(gè)全新的理論,。

“開普勒”還有另一個(gè)發(fā)現(xiàn)：超蓬松行星,。有一些為數(shù)不多的行星，它們的質(zhì)量小于超級(jí)地球,，但外表看上去卻十分巨大,，其鼓脹的大氣占據(jù)了它們總質(zhì)量的20%。這些特異的行星,，挑戰(zhàn)著現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)理論,。天文學(xué)家需要更多更精確的觀測，來揭開自然的真實(shí)全貌,。

通過把世界上最大的望遠(yuǎn)鏡推向極限，天文學(xué)家們已經(jīng)直接觀測到了少量的行星,。在過去幾年中,，有兩臺(tái)專門為此設(shè)計(jì)的儀器也加入到了直接成像太陽系外行星的行列中。歐洲的分光偏振高對(duì)比度太陽系外行星研究　(SPHERE)　和美國的雙子行星成像儀(GPI)已經(jīng)連接到了位于智利的大型望遠(yuǎn)鏡上,，它們會(huì)使用先進(jìn)的星冕儀來遮擋恒星的光,。于是，很自然地,，遠(yuǎn)離宿主恒星的行星是它們最容易探測的目標(biāo),。

雖然現(xiàn)在談?wù)揋PI和SPHERE會(huì)在太陽系外行星系統(tǒng)的外側(cè)給我們帶來哪些驚喜還為時(shí)過早，但天文學(xué)家不必等太久,，就將得到更好的數(shù)據(jù),。2017年，美國宇航局將發(fā)射一顆太陽系外行星巡天衛(wèi)星(TESS),，而2018年歐洲空間局則有望發(fā)射描繪太陽系外行星的衛(wèi)星(CHEOPS),。

不同于開普勒，通過監(jiān)視大量恒星來對(duì)太陽系外行星進(jìn)行搜尋,，TESS和CHEOPS將聚焦距離地球較近的明亮類太陽恒星,，使天文學(xué)家能夠探測行星系統(tǒng)中位于中間的未知地帶。另外,，由于目標(biāo)恒星都是近距恒星,，地面望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該能夠測定其行星的質(zhì)量，使天文學(xué)家能夠計(jì)算出行星的密度,，由此可以知道它是巖質(zhì)的還是氣態(tài)的,。

計(jì)劃于2018年發(fā)射的詹姆斯,？韋伯空間望遠(yuǎn)鏡則會(huì)走得更遠(yuǎn)，它會(huì)分析穿過太陽系外行星大氣層的星光,，進(jìn)而測定該行星大氣的成分,。“對(duì)于形成過程來說,，成分是一條重要的線索,，”麥金托什說。例如,，在超級(jí)地球的大氣層中發(fā)現(xiàn)較重的元素會(huì)表明,，需要富含這種原色的盤才能以足夠快的速度形成行星核心。

未來10年,，和下一代口徑30米級(jí)的地面望遠(yuǎn)鏡一起,，美國宇航局的大視場紅外巡天望遠(yuǎn)鏡與歐洲空間局的行星凌星和振蕩探測器也將加入這一行列。

如果說過去是從容地根據(jù)觀測來修改模型,，那么未來理論家們就必須要緊跟新發(fā)現(xiàn)的腳步,。拉菲科夫說：“自然可比我們的理論更加聰明?！保ㄖx懿　編譯）