奇異的世界

2008年6月18日，法國和瑞士天文學家宣布，運用歐洲南方天文臺先進的搜索設備，他們在太陽系以外距地球42光年的類太陽HD 40307恒星周圍發現了3顆“超級地球”，它們的質量分別為地球質量的4.2、6.7和9.4倍，公轉周期分別為4.3、9.6和20.4個地球日。至此，科學家已經發現了超過270顆太陽系以外的行星。

那么，這些太陽系以外的行星都是一些什么樣的行星？其上面是否可能存在生命？如果你打算去探索遙遠的其他“太陽系”，那么請做好驚訝的準備——在那兒，大部分行星與我們知道的完全不同。

瑞士日內瓦天文臺的斯蒂芬妮·烏德莉和她的天文學家同事曾經以為自己已經很了解行星，因此20世紀90年代當他們開始在太陽系之外尋找圍繞恒星運動的陌生行星時，他們認為一定會找到其他的“地球”以及和地球的“兄弟姊妹”相似的行星：比如，距離母恒星遙遠而寒冷的另一個“木星”和另一個“海王星”；或者靠近母恒星，由巖石形成的酷熱的另一個“水星”。

然而，烏德莉等天文學家的推測并不正確。毫無疑問，迄今為止已經找到的太陽系以外的行星中有些的確跟木星一樣大，甚至更大。但是，這些“木星”不像太陽系中的木星那樣安安靜靜地在遠離母星（地球的母星是太陽）的軌道上圍繞母星運行，而是非常近距離地、發了狂似地圍著母星高速飛轉，因此這些“木星”沐浴在地獄一般的極強光熱中。更奇怪的是，其中有些行星并不是圍繞著像太陽一樣的恒星運行，而是環繞中子星運行。中子星是恒星的殘骸，體積比冥王星還小得多。

這些發現讓天文學家感到驚奇：是誰制定了如此不同于太陽系的規則？“太陽系研究是一門古老的科學，我們本以為自己已經了解了一切，”烏德莉說，“而現在我們才認識到一切皆有可能。”

隨著超過270顆太陽系以外的行星被編入目錄，一個新的探索時代開始了。在不斷探索并發現新的太陽系以外的行星的同時，天文學家還開始了對這些行星的環境的探索。他們在其中一些行星的大氣中發現了水，在一些行星上測到了極高的溫度，而在另一些行星上測到了暗示存在咆嘯的狂風的跡象。

2007年6月，“行星獵人”與理論家們曾齊聚希臘桑托里尼島上，一起思索他們發現的奇異“太陽系”。以下，就是他們花費大量時間找到的奇異的行星世界。

溫暖有風的夜晚

2007年5月，天文學家發布了第一個太陽系以外行星的天氣預報。雖然還相當粗糙，但它暗示了在這個木星一般的巨行星上的狂野天氣。

這個被稱為“HD 189733b”的行星于2005年被發現。從地球上看，它從自己圍繞的母恒星前經過，然后消失在其背后，公轉周期僅相當于2.2個地球日。與大多數很靠近母恒星的行星一樣，HD 189733b有一面總是對著恒星，所以這一面是永久的白天，而另一面則是永久的黑夜。當HD 189733b出現在母恒星前面時，它那相對涼爽、黑暗的一面就對著我們；而只有在它消失于恒星后面之前那一刻，我們才能夠看到它炎熱、明亮的那一面。

為了繪制這顆巨大的氣體行星的溫度圖，哈佛大學的希瑟·努特森和她的團隊使用“斯皮策”空間望遠鏡連續觀測了它33小時。當HD 189733b沿著軌道移動時，“斯皮策”接收到的紅外亮度也隨之改變，這顯示出了HD 189733b的云頂溫度。在它永遠是白天的那一面，溫度竟然高達940℃；甚至在永遠是黑夜的另一面，溫度也達到700℃。努特森及其同事認為，這是因為這顆行星上強大的風將熱氣傳播到了整個星球上。

電腦模擬顯示，HD 189733b上面的風速大于每小時10000千米——這是地球上海平面聲速的8倍。“這簡直超過了我們的想象，”努特森說，“比噴氣式飛機的速度還快得多。”

2007年7月，在這顆行星上又有了驚人的發現：天文學家根據“斯皮策”對HD 189733b的觀測記錄發現，在這顆太陽系以外的行星大氣中竟然存在水。至于為何在如此高溫的行星上也能存在水，現在還是一個謎。

行星質量 1.15倍木星質量

公轉周期 2.2個地球日

與地球距離63光年

母星質量 0.82倍太陽質量

所在星座 狐貍座

有史以來最大的行星

一種神秘的不適——無節制的肥胖影響到了很多太陽系以外的行星。2007年早些時候，天文學家發現了有史以來最膨脹的世界：一個質量比木星小、體積卻是木星5倍的行星。它的平均密度比酒瓶的軟木塞還小，可以想象它能像海濱氣球一樣浮在水面上。

由洛威爾天文臺的喬治·曼度肖夫領導的團隊，在一項名為“穿越大西洋行星調查”（簡稱TrES）的項目中發現了這個過于肥胖的行星——TrES-4。在此項目中，他們使用了在加那利群島、亞利桑那州和加利福尼亞州安裝的由小型自動望遠鏡組成的觀測網絡。當行星運行到恒星前面時，會遮擋一些恒星發出的光，使恒星略微變暗，而這正是曼度肖夫及其同事尋找的目標。

1400光年之外的恒星的定期光變，顯示出TrES-4行星的存在，它的公轉周期僅為3.5個地球日。科學家使用在夏威夷和亞利桑那州的大型天文望遠鏡對它進行了持續觀測，結果發現它的質量只有0.84倍木星質量。然而，母恒星光線變暗的程度顯示TrES-4的直徑竟然達到木星的1.7倍。

天文學家計算出，TrES-4的平均密度只有每立方厘米約0.2克，跟香脂木的密度相同，大大低于水的密度。曼度肖夫說：“因為TrES-4對自己上層大氣的引力相對較小，所以有些大氣就可能逃逸，就像彗星的尾巴一樣。”

TrES-4是直到現在為止天文學家發現的密度最低的行星，不過他們也發現了其他一些膨脹的行星，它們膨脹的原因目前還不清楚，可能與它們距離母恒星太近，溫度很高，導致它們膨脹有關。例如，TrES-4距離母恒星只有720萬千米，它的表面溫度高達1300℃。

然而，就算把熱量這個因素計算在內，TrES-4的個頭也比理論預計值大很多。“我們還不知道它為什么會如此腫脹。”曼度肖夫說。一種可能性是內部熱量使此類行星膨脹。它們的氫和氦可能是分離的，其中較重的氦沉降入行星核中，這一收縮過程可能會以熱量的方式釋放引力能。可是，現在仍不清楚為什么這種過程可以發生在某些巨大的行星上，而在其他行星上卻不能。

曼度肖夫預計TrES-4的日子不多了，因為其母恒星核心的氫燃料即將燃燒完，在10億年之內，母恒星將變成一顆紅巨星，屆時TrES-4將被紅巨星吞噬，這就是它的宿命。

行星質量 0.84倍木星質量

公轉周期 3.55個地球日

與地球距離1400光年

母恒星質量1.22倍太陽質量

所在星座 武仙座

瘋狂的彗星

對于無所畏懼的過山車愛好者來說，這里也許是他們的理想之地。行星HD 80606b每4個月環繞它的母恒星運行一周，但“環繞”對這個行星來說不是一個恰當的詞——這個質量幾乎是4倍木星質量的巨大行星，在它所在的恒星-行星系統里狂野地擺動，就像一個瘋狂的、個頭太大的彗星一樣。

HD 80606b的公轉軌道幾乎與哈雷彗星的軌道一樣細長，它與母恒星的距離最遠時幾乎達到地日距離，最近時卻只有地日距離的3%。HD 80606b是一顆氣態巨行星，所以你不能站立在它的表面上；但假若你能夠飄浮在它的大氣中并隨它一起向母恒星疾馳，你就會在短短幾天時間里看到它的母恒星由太陽一般大小急劇變大到太陽的900倍。

“這真令人恐懼。”烏德莉說。她和她的同事們在2001年發現了HD 80606b。她估計當這顆行星向它的母恒星飛過去時，行星表面溫度將由100℃升高到1700℃，行星甚至可以噴射出像彗星一樣的尾巴。

HD 80606b之所以會有一個過度細長的軌道，原因在于一個遙遠的伴星對它的吸引。天文學家發現，總的來說，有很多太陽系以外的行星軌道都比太陽系內的行星軌道扁長得多。這使他們感到很困惑。“我們以為，既然行星形成于塵埃圓盤，它們的軌道就應該是圓形的，”烏德莉說。“但是，大自然比我們想象的更加令人驚訝。”2007年11月，HD 80606b在飛向其母恒星時，“斯皮策”觀測到了這場宇宙中的煙花表演。

行星質量3.9倍木星質量

公轉周期112個地球日

與地球距離 190光年

母恒星質量 0.9倍太陽質量

所在星座大熊座

比恒星還熱的行星

有一個太陽系以外的行星讓天文學家驚詫不已，它就是HD 149026b。這個行星于2005年被發現，它有著不同尋常的高密度和極重的核心。而關于它的最新、最驚人的消息是，這個巨大氣態行星熱得令人難以置信——比某些恒星的表面還熱。

HD 149026b比土星小一點，然而密度卻大得多。它的核心由重元素擠壓而成，質量相當于70個地球質量。天文學家特拉維斯·巴曼在位于亞利桑那州弗拉格斯塔夫的洛威爾天文臺模擬了這個行星的大氣層。他說：“從它的核心質量和半徑之比來看，它的獨特簡直堪稱鶴立雞群。這真是太罕見了。”

2007年5月，“斯皮策”的觀測結果顯示，HD 149026b永久白晝的那一面的溫度約為2000℃，使之成為迄今已知的最熱的行星，天文學家們對此非常驚訝，這個溫度超過了他們的想象。

為什么HD 149026b這么熱？主要原因是它離母恒星太近，而且它的表面可能是深色的，所以吸收了很多熱量。假如它的大氣中也充滿了黑色塵埃，那么就會將熱量保持在行星大氣中。另一個原因，可能是只有很少的熱量能夠從白晝那一面傳導到黑夜那一面。巴曼推測，HD 149026b的黑夜那一面可能比白晝那一面的溫度低很多。

天文學家至今仍不清楚HD 149026b的溫度如此高的確切原因。為什么在有些行星上風能夠有效地將熱能傳播開來，而在另一些行星上卻不能？在未來一段時間里，“斯皮策”將對HD 149026b進行不同波長的觀測。也許再過一年，天文學家就會對這顆行星有更多的了解。不過，要想了解透徹，需要更近距離的觀測，這恐怕還要等10年以上。

行星質量 0.36倍木星質量

公轉周期 2.88個地球日

恒星質量 1.3倍太陽質量

所在星系 武仙座

適宜居住的行星

2007年4月，天文學家宣布，發現了一顆不同尋常的太陽系以外的行星。但這顆行星旋即又被宣布為實際上沒有什么不同尋常之處。這是怎么一回事呢？

它是在太陽系以外發現的與地球最相似的行星之一。它可能是一顆適合居住的巖石行星，表面平均溫度為20℃左右，很宜人。這顆行星是烏德莉等人使用位于智利拉希拉的歐洲南方天文臺的3.6米直徑天文望遠鏡發現的。烏德莉當時說：“這是我們迄今發現的最小、最輕的行星。它與母恒星的距離也很合適，因此在它的表面可能有液態水存在。”

當時，烏德莉的團隊正在觀測一顆名叫“格里斯 581”的正在變暗的紅矮星，此前已知它有一顆類似海王星的氣態巨行星。根據母恒星的微小擺動，烏德莉等人發現它還有兩顆行星。其中一顆的質量約為8倍地球質量，公轉周期為84個地球日。另一顆約為5倍地球質量，使它成為截至當時發現的圍繞一顆正常恒星運行的最小的太陽系以外的行星。

假如這顆“最小的行星”也像地球一樣有很多巖石，就應該比地球的直徑大一半。烏德莉等人是在簡單地假設這顆行星也像地球或金星那樣反射掉部分恒星的光后得出它的“宜人”溫度的。然而，德國波茨坦氣候影響研究學院的沃納·馮·布勞等人對這顆“超級地球”可能的資源和二氧化碳的沉降情況進行計算機模擬，得出結論：它可能被厚厚的二氧化碳所覆蓋，所產生的溫室效應使它的表面溫度極高，因此是生命的禁區。不過，在那顆距離母恒星遙遠的8倍地球質量的行星上，同樣也有溫室效應，而這卻使它可能成為生命的天堂。

不管結果如何，“格里斯 581”引發了一場關于決定行星是否適合居住的因素的辯論，其中一些因素至今仍不清楚。歐洲空間局定于2015年發射升空3艘“達爾文號”飛船，屆時將可以看到圍繞著“格里斯 581”運行的行星，并有可能查明其上是否有生命存在。

行星質量分別為16倍、5倍和8倍地球質量

公轉周期分別為5.4、13和84個地球日

與地球距離 20.5光年

恒星質量0.3倍太陽質量

所在星系天平座

感受脈沖

在太陽系之外發現的第一批行星震驚了天文學家，到現在它們仍然是最怪異的行星，因為它們不是圍繞著像太陽這樣的恒星旋轉，而是圍繞著脈沖星運轉。

脈沖星是巨大恒星坍塌后的殘留物，密度很大，體積卻很小，直徑一般只有15千米。脈沖星是由超新星爆發后留下的高密度中子星內核坍縮形成的。隨著中子星每6毫秒旋轉一次，強大的無線電波橫掃地球，天文學家因此能定期收到“嘀、嘀”的無線電波。

之所以能夠發現這些行星，僅僅是因為望遠鏡沒有修好。亞歷克斯·沃爾茨坎來自美國康奈爾大學。當時他要對大片的天空進行搜索，以便尋找脈沖星，但這需要花費很長時間，而當時沒有一臺射電望遠鏡能夠有這么長的“空閑時間”來“打發”。湊巧的是，當時位于波多黎各的阿雷希伯射電望遠鏡正在維修裂縫，這意味著它的觀測范圍受限，無法勝任其他許多觀測任務，但對于沃爾茨坎來說，它卻是再合適不過了。

1990年，在搜索過程中，沃爾茨坎發現了一顆名為PSR B1257+12的脈沖星，并且很快就注意到它的脈沖時間的變化有些奇怪。經過測量，他推斷出有3顆行星在圍繞這顆脈沖星運行，使它產生了輕微的擺動。

圍繞脈沖星旋轉的行星？當時幾乎所有的天文學家都以為在太陽系以外的第一個發現是像木星一樣的行星圍繞著像太陽一樣的恒星（而不是脈沖星）運轉。直到1994年，沃爾茨坎的發現才被證明無誤。

這3顆行星的質量分別為地球質量的0.02、4.3和3.9倍，它們的實際模樣取決于其構成。也許，超新星富含金屬的殘骸組成了圍繞中子星運轉的圓盤。最極端的情況是，那顆質量為3.9倍地球質量的行星由鐵構成，其密度為地球的2倍，表面重力為地球的3倍。這顆行星有一個很大的、旋轉著的鐵質內核，所以它的磁場很強。脈沖星發射高能粒子流，速度接近光速，到達行星后會在行星大氣中形成絢麗的極光，這樣就使行星發光。

行星質量1.6倍月球質量，4.3和3.9倍地球質量

公轉周期分別為25、66和98個地球日

與地球距離 980光年

恒星質量1.35倍太陽質量

所在星系室女座

未來的行星世界

在未來，我們還會發現怎樣奇異的世界？在距離我們1.52億光年以外的巨爵座，圍繞一個四星系統運行的行星將給我們一些線索。這個四星系統由兩對靠得很近的雙恒星構成，兩對雙星在一個扁長的軌道上運行，其中一對的周圍環繞著同心塵埃環，環之間的空隙可能是被一顆行星的引力清空了。如果站在這顆行星上，你將看到它的兩顆橘紅色母恒星在它的天空中冉冉升起，另外兩顆伴星則在一旁跳華爾茲。

美國宇航局艾姆斯研究中心的杰克·李蕭爾等科學家推測，恐怕還有由鉛構成的超密度行星存在。與此相對應，在另一個極端，也可能有由氫構成的極輕質行星存在，它們與我們已知的行星毫不相同，而更像是懸掛在太空中的巨大云球，在距離母恒星十分遙遠的軌道上環繞母星運行。甚至，還可能有行星圍繞黑洞運行。

毫無疑問，太陽系以外肯定存在著一些我們從來沒有想到過的世界。“我們無論如何都預言不到，”李蕭爾說，“我們的預測速度實在是慢得驚人，大自然的想象力比科學家的可豐富多了。”不過，隨著探測的進一步深入，更多、更奇異的太陽系以外的世界展現在我們面前無疑指日可待。其實，此前找到的太陽系以外的行星幾乎都是大個頭并不奇怪，因為以往的觀測手段基本上只能發現大個頭。但是，像地球這樣的小個頭肯定是存在的，只是它們仍然在等待我們去發現。科學家相信，總有一天我們會發現另一個有生命的“地球”的存在——盡管這一發現可能需要較長的時間。

（本文部分圖片由美國宇航局提供）