叛逆者行星：怪异的外星世界挑战理论

艺术家对一颗气态巨型系外行星在其恒星附近轨道上的印象。

在过去的200年里，出现了一个标准模型来解释太阳能系统是如何运作的。该模型以我们自己的太阳系为指导，解释了中心恒星（我们的太阳）、岩石“类地”行星的内部系统和“气态巨行星”的外部系统的存在，所有这些行星都与中心恒星在同一旋转平面内运行。

最近发现的其他恒星周围的行星系统对该模型提出了挑战。这些系外行星的发现包括近轨道的气态巨行星及其恒星，其中一些行星的旋转平面与主星完全不同。

与模型的偏差

在公认的太阳系形成模型中，一切都始于含有气体和尘埃的星云（或云）。引力吸引导致云坍塌，如果坍塌不是完全对称的，角动量将导致云形成一个几乎平坦的旋转盘。

最大浓度的物质聚集在圆盘的中心，形成原恒星，而原行星可能在离中心一定距离的圆盘内密度高于平均密度的区域周围形成。当原恒星最终收集到足够的物质时，聚变反应开始，它成为一颗年轻的恒星，加热圆盘的内部，蒸发所有可能收集到的气体，这自然解释了为什么在恒星附近形成的行星是岩石行星。

在更远的距离上，气体可以保持冰的形式，并吸积成气态巨行星。定义内部行星和外部气态巨星之间划分的极限半径被称为“冰线”。

无论是在冰线内还是冰线外，行星在绕恒星运行时，都会清除圆盘特定半径内的物质，并随着时间的推移，将该半径内的尘埃（以及冰线外的气体）聚集在一起。行星和中心恒星之间的相互作用最终使大部分行星处于稳定的、接近圆形的轨道上。

在过去的几年里，随着在其他恒星周围发现系外行星，我们发现并不是每个太阳系都遵循我们的食谱。在最早的系外行星发现中，有所谓的“热木星”气态巨行星围绕恒星运行。

这是一颗气态巨行星围绕一颗棕矮星运行的情况，它的存在时间不够长，无法为凝聚模型预测的碳粒子的缓慢吸积提供时间。此外，日内瓦天文台的一组天文学家最近宣布，大多数27颗“热木星”系外行星的轨道不在其主星的同一旋转平面上，其中6颗实际上在逆行轨道上（与主星的旋转方向相反）。

有人提出了各种各样的方案来解释一个气态巨星是如何在冰线之外形成的，然后向内移动，成为“热木星”

一个被称为“迁移”的模型涉及原行星星云中气体巨人和碎片环之间的相互作用。气态巨星、主星和碎片环之间的潮汐相互作用可能会导致气态巨星缓慢盘旋，最终到达靠近主星的圆形轨道。

然而，这个模型仍然会让气态巨星在主星旋转的平面内运行。它无法解释日内瓦小组观测到的高倾角和逆行轨道。

预测向后轨道

然而，有一个模型可以解释它们：在2007年的一篇论文中，普林斯顿大学的学生Daniel Fabrycky扩展了其他人早期的工作，展示了它们是如何在双星系统中发生的。在这种情况下，主星被一颗遥远的伴星围绕，围绕主星和伴星运行的阿加斯巨行星之间的引力相互作用可能会破坏这颗气态巨星的轨道稳定。

这将使行星在主星旋转平面内的圆形轨道变成一个偏心轨道，就像彗星的轨道一样，明显倾斜于旋转平面。随着时间的推移，气态巨星和主星之间的潮汐相互作用使气态巨星的轨道在距离主星较近的地方循环，使其成为热木星。

WhenFabricky使用计算机模拟对其理论的变化进行了建模，他发现他建模的气态巨星中有很大一部分最终进入了轨道，与日内瓦小组随后观察到的主恒星的旋转方向相反。

即使没有遥远的双星伴星，如果同一系统中的许多其他巨行星碰巧靠近在一起，气态巨星的轨道也可能稳定下来。东京技术研究所的长泽三雄（Mikio Nagasawa）在2008年发表的一篇论文中发现，气态巨行星之间的相互作用可能会产生相当大比例的热木星，并产生“广泛的轨道碰撞（甚至逆行碰撞）”

AsFabrycky（现在是哈佛-史密森天体物理中心的研究员）说：“如果你有一颗行星处于高倾角、类似彗星的轨道上，轨道元素就会耦合。这会给你带来很小的角度，并使你很容易将轨道变为退行运动。”

Fabrycky认为，在逆行轨道上发现热木星系外行星并不能验证标准的吸积模型，但它们的存在确实“提出了新的观点。总的来说，太阳系是混乱和剧烈的”，这意味着我们自己“相对平静”的太阳系可能是一个例外。

破坏生命的可能性

华盛顿大学天文学和天体生物学博士后研究员RoryBarnes同意Fabrycky的观点。“我们认为的太阳系的隐含模型并不普遍。有很多事情是我们没有预料到的。”

Barnesalso同意双星系统中的伴星可能会破坏行星轨道的稳定，但他补充道：“我很难相信这样的不可能事件会导致很大一部分行星进入轨道。”

无论是什么机制，任何破坏气体巨星轨道稳定的过程——通过改变其轨道平面并使其靠近主星——都会给同一系统中的任何类地行星带来厄运。与气态巨星的相互作用可能会破坏太阳系内部行星的轨道稳定，有可能将它们完全赶出太阳系，并使我们所知的生命有时间发展。

因此，如果具有变节气态巨星的行星系统变得普遍，那么我们所知道的生命可能非常罕见。