“LHS 1903”：挑战行星形成理论的“奇特”行星系统

行星如何形成，是宇宙最根本的问题之一。

科学家目前的理论和我们观察到的太阳系及宇宙中其他地方的状况相吻合。

不过，根据近日发表于《科学》（Science）期刊上的一篇论文指，一个遥远的行星系统似乎却与之矛盾。

现行的理论认为，行星起源于新生恒星周围的气体和尘埃盘。

“我们认为的情况是，行星会透过收集尘埃逐渐成长，”英国华威大学天文学助理教授、该研究的主要作者汤玛斯·威尔逊博士（Dr Thomas Wilson）说。

“它们开始汇聚形成鹅卵石大小的微粒，这些微粒彼此碰撞形成更大的天体——称为微行星（planetesimals），最后这些微行星再互相碰撞组成行星。”

这种过程造就了地球等岩石行星，也形塑了木星等气态巨行星的内核。

然而，因为与恒星距离的不同，温度与物质的供应也会有落差，最终决定了每颗行星外层的组成。

“在外围更寒冷区域——也就是所谓的‘冰线’之外——气体和冰能够存在，因为温度低得足以让它们不被汽化，”威尔逊说。

在这里，厚重的大气得以聚集形成气态行星，而不会被恒星的辐射抹去。欧洲太空总署（ESA）指出，如木星等气态巨行星通常就在此类区域形成。

距恒星更近的区域则较温暖，尘埃比例高于气体，因而形成像水星、金星、地球和火星这些岩石行星。

正因条件差异及“行星同时形成”的假设，我们理应看到某种行星的排列：越靠近恒星越岩石质，越远离恒星越气态。

然而，新研究描述的行星系统却违背了这种预期。

反常的行星排序

“LHS 1903”是一颗距离地球约117光年的M型红矮星，比太阳更暗、更冷，周围有四颗行星。

威尔逊和国际团队观察该系统后发现内侧三颗行星遵循既定规律——离恒星最近的行星为岩石质，其后两颗为气态。

但是，ESA的系外行星特性探测卫星（Cheops）观测显示：最外侧的第四颗行星竟然也是岩石质，尽管它是离恒星最远的一颗。

“我们原本预期它是气态……为什么会是岩石质？这是最大的疑问。”威尔逊说。

他表示，研究团队正在提出多种可能，包括恒星辐射是否把它的大气吹走，或是该行星是否遭巨大撞击而丧失大气。

但恒星若真能把第四颗行星的大气吹散，那它也必然会同样影响第二和第三颗行星；而模型显示，任何足以吹走该行星大气的巨大撞击，都会在此过程中将整颗行星摧毁。

“由内而外”的行星形成模式

排除既有假说后，科学家开始考虑，这个“奇怪”组成是否源自行星不是同时形成，而是依序形成。

“如果最外侧行星是在一个资源匮乏的环境形成的——也就是盘中剩余物质较少——那它完全有可能呈现我们观察到的特性，”威尔逊解释。

他指出，那时该行星系统可能已经耗尽可用的气体。

“因此我们得到的结论是，你可以有这种‘由内而外’（Inside-Out）的形成方式：先形成最靠近恒星的行星，再形成下一颗，再下一颗，最后才形成最外侧。”

这种因应资源递减而“由内而外形成行星”的理论，在十多年前就被提出，但是ESA表示，这是目前最有力的实证。

各式各样的行星世界

威尔逊认为，我们可能需要修正“行星在同一时间起始成长”的假设，尤其是如果我们在宇宙其他地方看到了更多类似案例时。

这项修正甚至可能影响我们重新评估太阳系本身。

“是水星先形成，然后是金星，再来是地球与火星吗？这引发了太阳系形成时间顺序的新疑问。”

他还表示，我们不能假设太阳系是宇宙的标准模板。

“宇宙中存在所谓的超级地球、次海王星等各种奇特行星，而太阳系根本没有这些类型，”他说。

“我们必须意识到，各种外星行星系统可能有许多型态和结构。宇宙中可能存在更多宜居的世界，只是因为我们过度专注于太阳系而忽略了它们。”