太陽系是一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，而人類就是農(nóng)場(chǎng)里的火雞？

宇宙間的四種行星系。太陽系的布局就目前看來確實(shí)非常稀有。UniBe / NCCR PlantS / Tobias Stierli

在首顆系外行星被發(fā)現(xiàn)之前，天文學(xué)家總是假設(shè)別的太陽系和我們的大同小異。

但現(xiàn)在，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000多顆系外行星。這些行星環(huán)繞著3000多顆恒星運(yùn)行。在這3000多個(gè)太陽中，目前有850個(gè)已確認(rèn)帶有2顆以上的行星。那么這些行星系統(tǒng)和我們的太陽系相似嗎？新的研究結(jié)果認(rèn)為：可以說毫無相似之處。

科學(xué)家在2月14日發(fā)表的一篇論文中將系外行星系統(tǒng)分成了四大類。我們的太陽系被歸為“正序型”，而這一類卻是四類行星系統(tǒng)中最稀有的。其他三類則分別是：“相似型”、“反序型”和“混合型”。

行星之于行星系，并不像是豆子之于豆莢，行星系也無法簡(jiǎn)單地劃分為兩種基本系統(tǒng)。事實(shí)上，基于現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)，行星系至少可以分成四大類。

“正序型”行星系的特點(diǎn)是，行星的質(zhì)量隨行星和恒星距離的增加而增加。比如我們的太陽系，離太陽最近的是最小的四顆類地行星，離太陽較遠(yuǎn)的是四顆氣體巨行星。

“反序型”行星系則與之相反：行星質(zhì)量隨其與恒星距離的增加而下降。“混合型”行星系中的行星質(zhì)量則與其和恒星的距離沒有關(guān)系。

而在“相似型”行星系中，所有行星的質(zhì)量差不多。比如TRAPPIST-1行星系已知擁有7顆行星，它們的質(zhì)量基本上都和地球差不多大。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，“相似型”行星系的數(shù)量是最多的，大約占到了80%；而我們太陽系這種“正序型”是最少的。

TRAPPIST-1行星系屬于“相似型”。NASA / JPL-Caltech

行星系之所以可以分為這些類型可能有兩個(gè)主要原因。其一是原行星盤的質(zhì)量；其二是恒星的重元素含量。

研究人員認(rèn)為，重元素含量少的恒星，搭配小型低質(zhì)量原行星盤，會(huì)孕育出“相似型”行星系；重元素含量高的恒星，搭配大型高質(zhì)量原行星盤，會(huì)孕育出“正序型”和“反序型“行星系；“混合型”行星系則可能多由中等規(guī)模的原行星盤演化而來。

這其中我們最關(guān)注的可能就是我們的太陽系是否具有某種特殊性。就目前來看似乎確實(shí)比較特殊，因?yàn)椤罢蛐汀毙行窍禈O為稀少。

行星系布局除了與原行星盤的特點(diǎn)有關(guān)，還與后期行星系內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)演化有關(guān)。許多氣體巨行星會(huì)遷徙到距離恒星很近的地方，成為“熱木星”；有些行星會(huì)相互碰撞；有些則會(huì)被甩出行星系，成為流浪行星。而“正序型”行星系是否是這種演化最不易導(dǎo)致的一種結(jié)果，是值得考慮的。

由于太陽系是迄今已知唯一存在生命的行星系，行星系的類型對(duì)于生命演化有著什么樣的意義也頗受關(guān)注。如果“正序型”行星系會(huì)提升生命出現(xiàn)的概率，而這類行星系數(shù)量又極少，那么生命在宇宙中的自然會(huì)變得更加稀有；如果所有類型的行星系都擁有平等的生命演化成功概率，那么生命應(yīng)該遍布整個(gè)宇宙。當(dāng)然實(shí)際情況有可能更為錯(cuò)綜復(fù)雜。

系外行星的探測(cè)技術(shù)還在發(fā)展。也許我們只是暫時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)那些目前看起來稀少的行星系，也許我們目前所發(fā)現(xiàn)的行星系中還存在著沒有發(fā)現(xiàn)的行星。真相究竟如何，相信一定會(huì)隨著越來越多的行星系被發(fā)現(xiàn)而浮出水面。

宇宙間的四種行星系。UniBe / NCCR PlantS / Tobias Stierli

參考
Four classes of planetary systems
https://nccr-planets.ch/blog/2023/02/14/four-classes-of-planetary-systems/
framework for the architecture of exoplanetary systems I. Four classes of planetary system architecture
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/02/aa43751-22/aa43751-22.html
framework for the architecture of exoplanetary systems II. Nature versus nurture: Emergent formation pathways of architecture classes
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/02/aa44705-22/aa44705-22.html