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我们的太阳系,为何缺失了宇宙的“标配”行星?

翻着天文科普本,太阳系的行星排布总让我觉得天经地义。水星、金星、地球、火星,这几颗实实在在的岩石行星位于内侧,外侧则是木

翻着天文科普本,太阳系的行星排布总让我觉得天经地义。水星、金星、地球、火星,这几颗实实在在的岩石行星位于内侧,外侧则是木星、土星那些裹着厚重大气的气态巨行星,一片空荡荡的区域在中间形成明确分界。生活里晴天比暴雨常见是常态,宇宙的行星布局,我们也曾默认就该是这般模样。开普勒太空望远镜升空后,颠覆认知的数据被传回。我们太阳系里压根找不到的超级地球,正是银河系中数量最多的行星类型。

天文学上有个分类统称,叫做超级地球。地球与海王星之间,是它的质量所处的区间,大概为地球的1到10倍,半径范围则在地球的1到4倍之间。比地球大,这是这个名字仅传递的简单信息。它和地球是否相似,没有任何保证,有的可能是岩石质地,有的则呈现完全不同的模样。

这类行星的构成,远比我们想象的复杂。密度与地球接近的超级地球,半径通常在地球的1.5倍以下,核心材质多为岩石,坚硬质感触手可得。半径再大一些的,厚厚的气体层或易挥发物质构成的外层可能将其包裹,成为天文学家口中的亚海王星。纯粹的水世界可能是一部分超级地球的形态,数千公里深的海洋覆盖表面,没有陆地,也没有海岸线,极寒环境下,另一部分可能被厚厚的冰层裹成沉寂的冰球。

轨道周期短于100天的行星里,最为普遍的类型是大小介于地球与海王星之间的,这是开普勒望远镜观测得出的明确结果。每两颗类似太阳的恒星中,就可能有一颗带着超级地球,因为大约30%到50%的类太阳恒星都拥有这样的行星。2025年最新的微透镜研究有了新发现,即便在距离恒星较远的区域,比如相当于土星轨道10个天文单位之外的地方,超级地球的数量也至少是海王星大小行星的三倍。

数千颗系外行星已被人类发现,截至目前,其中绝大多数都属于超级地球或亚海王星。它们还常常成群出现,TRAPPIST-1系统最为著名,七颗大小相近的行星挤在这个系统里,全部位于水星轨道范围之内,紧凑的密度让人惊叹。原来宇宙里的恒星系统,大多都带着这样的标配行星。

我们的太阳系,反观之下显得格外不合群。地球质量为1倍,而海王星作为太阳系最小的气态行星,质量足足有地球的17倍。1到17倍地球质量的区间里,没有任何天体存在,一道巨大的质量鸿沟就此形成。天文学家做过估算,拥有远距离冷木星却没有超级地球的恒星系统,在宇宙中出现的概率仅约3%。这罕见的少数派,我们的太阳系恰好位列其中。

这种宇宙标配为何在太阳系缺失,目前还没有确定答案。早期太阳系的原行星盘物质不够密集,这是一种理论的观点,内侧区域积聚不出超级地球大小的岩质核心,因为行星形成所需的物质不足。木星的存在可能改变了一切,这是另一种可能,它形成后或许发生过轨道迁移,内太阳系的行星形成环境被这个过程破坏,超级地球的诞生就此受阻。

要是太阳系当真存在这样一颗超级地球,突然觉得,我们翻阅天文课本都要彻底改写。古代天文学家观测行星运动时,会不会早就发现这个特殊天体,进而影响他们对宇宙结构的猜想?某些古代星图里,说不定存在我们尚未读懂的、关于这颗本该存在的行星的暗示。我们讨论的或许就不再是火星上有没有水,而去探讨这颗超级地球会不会有环形山。