科技版~SGM之30~＊奇異的深空行星世界＊

科學家們最近在行星檢測領域取得了多項突破，研究的範圍正向著更大軌道和更低品質的行星延伸。儘管在這條路上，奇異的天體也許會迫使理論做出修正，甚至重新定義類別。

“我們正處於黃金年代，”日內瓦天文台的蜜雪兒·麥耶（Michel Mayor）說。“十年來，我們取得了大量新資料。”

麥耶是1995年最早檢測到首顆系外行星的科學家之一，這顆位於我們太陽系以外的行星圍繞著飛馬座51號恒星運行。為了紀念這一發現和其他發現，空間望遠鏡科學研究所（STScI）組織了這次的討論會——“（普通恒星周圍的）日外行星十周年”。

日外行星在更早之前，1993年，就在一顆脈衝星周圍被發現了，那是一顆磁場活躍的中子星。不過脈衝星無法創造出非常適合生存的環境，迄今發現的其他行星中，也沒有多少能夠適於生命存活——這也許會令一些人感到失望。

“時至今日，所有這些傑出的人——這些探索行星和它們形成過程的人們——確實都對這個問題很感興趣，即‘是否存在著其他的智慧生命？’”討論會的組織者，STScI的馬里奧·利維奧（Mario Livio）說。

行星搜索者們希望通過確定我們的太陽系在宇宙中是普遍的還是獨特的，來為這個問題提供部分答案。大量新資料描繪出一幅圖景——我們很可能會發現更多的行星。幾乎可以肯定的是，總有一天，天文們家們將會慶祝第一顆類日恒星周圍的類地行星發現十周年。

        

更遠

到目前為止，被檢測過的普通恒星中，大約6%被發現擁有一顆氣態巨行星，類似木星或土星。其中大部分行星都非常靠近它們的恒星——其中一些的軌道週期，即“一年”，只有短短幾天。如此緊密的軌道產生出了熾熱的環境。

巨大的、靠近恒星的行星，即所謂的熱木星，之所以能夠佔據地外行星的絕大多數，是因為早年的行星搜索主要使用了徑向速度測定法，這種方法依靠的是對主恒星擺動的檢測，這些擺動是由繞行行星的引力拖曳而引起的。行星越大，越靠近恒星，引力拖曳也就越強，因此熱木星是最容易被發現的。

即使當一顆更遠的行星產生的擺動可以被注意到時，研究者們也必須等待行星完成一周的公轉。這就給檢測更長週期的行星，即更遠軌道的行星設下了限制，華盛頓卡內基研究院的艾倫·波士（Alan Boss）稱之為“帷幕”。

舉個例子來說明一下，確定一顆位於1個天文單位處的行星需要至少一年的觀測，天文單位是地球到太陽的平均距離。確定一顆木星軌道（5個天文單位）上的行星則需要12年。

一些徑向速度研究迄今已經超過十年之久了，已經將帷幕拉開到更遠的行星-恒星間距之上，理論預言會有更多氣態巨行星將被發現。

加州大學伯克利分校的傑夫·馬西（Geoff Marcy）已經發現，位於1個天文單位以外的行星數量開始增加了。馬西預言，長週期軌道的氣態巨行星存在的機率與靠近恒星的熱木星一樣高。如果預言正確，那麼大約12%的普通恒星至少會擁有一顆木星或土星。

“但是事情的反面也許更加有趣——大約85%的恒星並不擁有氣態巨行星，”馬西說。

這也許意味著木星大小的行星較難形成。這對類地行星來說，也許成立，也許並不成立。最流行的行星形成理論假設，岩石核心很容易在新生恒星周圍的殘留物質盤中形成，但只有其中一些行星種子大到足以俘獲氣體成為巨行星。

“如果你能相對快速地耗盡它們的氣體盤，那你可能就形成不了巨行星，”利維奧說。

舉例來說，利維奧假定了一個恒星形成區域，那裏的輻射非常強烈，足以吹散年輕恒星周圍的大部分氣體。而那些岩石核心大概就殘留了下來，形成了類似地球的較小行星。“我猜想大部分恒星都擁有類地行星，”馬西說。“它們似乎很難不 會形成。”

更小

檢驗類地行星是否普遍存在還需要花些時間。徑向速度技術的檢測精度已經得到了改進，幾顆海王星大小，即大約20倍地球品質的行星，已經被找到了。

但利用徑向速度發現品質低得多的行星將是困難的，因為它們拖曳恒星的力量不夠強。幸運的是，另一項行星檢測技術也許打破了這一困境，這項技術觀測的是被行星遮擋或增強的星光。

如果一顆行星從它自己的恒星前面經過，星光亮度會暫時減弱。目前許多計畫都在監視大量恒星，等待著此類“星食”的發生。到目前為止，這種掩食方法已經發現了七顆行星，全都是 又大又近的行星。

對掩食的詳細後續觀測還檢測到了行星的大氣層，並且就在上個月，斯必澤太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）觀測到了兩顆掩食行星的熱輻射，表明它們的溫度大約為1,500華氏度（800攝氏度）。

另一方面，行星會通過引力放大來自於遙遠恒星的星光。這在概念上與星系的引力透鏡相似，但效應要小得多——因此被稱為“微引力透鏡”。它的工作原理如下：

由於一個天體的引力會彎曲來自於更遙遠天體的光線，因此當一顆恒星從另一顆恒星之前經過時，它會放大後一顆恒星的亮度。如果透鏡恒星周圍有行星環繞，放大率就會更強。微引力透鏡的一個優勢是，它對於行星-恒星間隔較遠的系統更為敏感。

聖母大學的大衛·班尼特在討論會上介紹了微引力透鏡檢測到的第二顆行星的資料（第一顆發現於一年前）。這個新發現的天體的品質約為它恒星品質的千分之一，與木星和太陽的品質比相當。

儘管微引力透鏡和掩食都是行星搜尋競賽中的新手，但它們也許是在我們太陽系外檢測地球大小行星的最佳機會。未來利用掩食方法檢測系外行星的空間計畫被稱為開普勒計畫，是專門設計用來搜尋地球大小的、主要位於距離主星1個天文單位以內的行星的。

“我們期待能夠發現數千顆類地行星，如果它們普遍存在的話，”開普勒計畫的首席研究員比爾·布魯奇（Bill Borucki）說。“即使它們比較罕見，我們也會看到上百顆。”開普勒目前計畫在2008年6月發射。

更怪異

一些最近的進展已經提出了這樣的疑問，對行星來說，怎樣才算是“正常”的。

一項出乎意料的發現是一張圖片上的紅色斑點，它到一顆流產恒星，即褐矮星的距離約為55天文單位。這顆行星品質的天體，即2M1207b，大約在一年前首次被看見，但隨後又經過了幾次後續觀測，才證實了它的確通過引力與褐矮星束縛在一起。

兩個天體之間的投影距離為55天文單位，但實際的軌道半徑可能是它的兩倍，這取決於類行星天體的軌道是否為圓形。作為比較，海王星的軌道半徑約為30天文單位。褐矮星和它的同伴分別擁有25倍和5倍木星品質。5倍的品質比是驚人的：目前發現的大部分行星的品質比都約為1000比1。

這顆新伴星是如此奇怪，圍繞的天體又並非一顆真正的恒星，以致於天文學家們仍在爭辯應該如何稱呼它。

“我會下注賭它是否是一顆行星，”亞曆桑那大學的葛籣·施耐德（Glenn Schneider ）說。

施耐德在討論會上展示了哈勃（Hubble）拍攝的矮星和伴星的圖片。他相信大約有四分之三的聽眾會將2M1207b視為行星。

“如果它的形成方式與其他行星相同，那將是令人興奮的，”馬西說。“但如果它是以全新的方式形成的，那也同樣激動人心。”

大部分科學家們相信核心吸積是恒星形成的主要方式，但這個系統的大間距和小品質比可能會排除的這種方式。事實上，這顆奇怪的天體也許誕生於物質的快速坍縮，與小恒星形成的方式相同。

“這項發現對低品質[伴星]產生過程的意義也許要多過於對普通行星的意義，”加州大學聖克魯斯分校的道格拉斯·林（Douglas Lin）說。

這個天體能被看見是因為它足夠年輕——大約只有800萬歲，仍然熾熱——約為1,700華氏度（950攝氏度）。施耐德和其他同事專門尋找極年輕恒星周圍的熾熱行星。他說如果你等待得太久，這些行星就會冷卻下來，再也無法被看到了。

雲與水

2M1207b的大氣中有水存在的跡象，施耐德還報告了“似是而非”的亮度變化證據，他推測這可能是行星雲層變化的結果。討論會上介紹的另一個新天體也許會給行星形成理論帶來麻煩。

蜜雪兒·麥耶介紹了一顆海王星大小的行星，它圍繞著一顆幾乎不含重元素的主星運行。“理論學家們，站到起跑線上吧，”麥耶在透露這項發現時說。

大多數被發現的行星所圍繞的恒星都具有相當高的重元素（重於氦）濃度。儘管關於其原因仍有爭論，但一般相信，需要大量重元素才能形成塵埃顆粒，然後再聚集成石塊，並最終堆積成行星大小的天體。

但是馬耶新發現的行星似乎是在重元素“極度匱乏”的恒星環境中生成的，他認為這給現代的行星形成理論帶來了“極大的困擾”。但是一位理論學家並不怎麼擔心。

“在建立解釋所有事情的理論時，你應該小心謹慎，”林說。

類似這樣的異常情況將會讓天文學家們忙上一陣。通過今後幾年對這些行星的整理研究，他們希望能夠回答這樣一個問題：維持了生命生存的太陽系是否也是個反常現象。