恆星的誕生。 |
外星世界是科幻小說的主題，但在幾個月前，它們在科學事實中還無立足之地。儘管經過幾十年的認真搜尋，天文學家仍沒有直接證據表明行星會繞其他恆星執行。去年10月，日內瓦天文臺的米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲探測到一顆繞著飛馬座51星執行的行星——然後，閘門打開了。觀測者迅速報告說，至少又發現了四顆繞附近恆星執行的行星；其中兩項觀測結果是如此之新，以至於尚未在文獻中正式公佈。“這是一個獨特的時代，”華盛頓卡內基研究所的行星形成建模專家艾倫·P·博斯驚呼。“這是我在科學事業中見過的最令人興奮的事情。”
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目前，尋找行星的桂冠歸於由舊金山州立大學和加州大學伯克利分校的傑弗裡·W·馬西和R·保羅·巴特勒領導的團隊。他們幫助證實了馬約爾和奎洛茲宣佈的結果，然後迅速發現了他們自己的三顆行星。肯定會有更多的發現：馬西報告說，“我們在很多資料中看到了行星的暗示。”他的小組建立了一個專門的行星搜尋網站，以跟上這項工作的快速進展。匹茲堡大學的喬治·蓋特伍德將在即將召開的美國天文學會會議上報告第五顆行星的探測結果。
沒有人真正看到這些新行星；它們都是透過測量它們如何影響其母恆星的運動間接識別出來的。當一個物體繞恆星執行時，它的引力會使恆星來回擺動。這種運動會在地球上看到的恆星光譜中產生週期性的位移，或多普勒頻移。馬西和巴特勒，就像馬約爾和奎洛茲以及其他幾個團隊一樣，檢查光譜中可能表示行星存在的小位移。多普勒技術可以揭示軌道和軌道天體的最小質量，但不能揭示其性質的細節。
蓋特伍德採取了一種稍微不同的方法，這種方法依賴於對恆星運動的直接觀測。恆星並非固定不動；它們似乎在天空中漂移，儘管速度很慢。產生多普勒頻移的同樣的來回運動也使恆星的路徑看起來像鋸齒形而不是直線。蓋特伍德和他的同事們正在非常仔細地尋找那些明顯的擺動。對恆星位置的精確測量被稱為天體測量學。
這些技術的成功在天文學界引起了興奮的漣漪，並抓住了公眾的想象力。儘管有一些過於熱情的早期宣告，但新發現的物體不太可能孕育生命（更不用說智慧生命了）。但它們確實表明行星在宇宙中很常見，這提高了在眾多世界中某個地方存在生物的希望。這些行星也與我們太陽系中的任何東西截然不同，迫使理論家重新考慮他們對恆星和行星如何形成的觀念。
奇異的新世界
圍繞飛馬座51星執行的行星可能是其中最奇怪的一個。它的質量至少是木星的一半，但它距離它的恆星只有700萬公里——不到水星距離太陽的八分之一。在這樣的距離下，行星的表面應該被烘烤到理論溫度1300攝氏度。它圍繞其恆星快速旋轉，以至於它的“一年”只有四天長。
馬西和巴特勒最近在他們的網站上釋出了一條通知，宣佈發現了一顆與繞著HR3522星（也稱為巨蟹座55 Rho）執行的行星有些相似的行星。（馬西將此公告描述為“網際網路出版”的一項實驗：一種在透過同行評審之前釋出新發現的方式。）這個物體的質量至少是木星的五分之四，軌道距離約為2500萬公里。
馬西和巴特勒發現的一個物體是一個非常巨大的物體——至少是木星質量的6.5倍。它繞著室女座70星執行，軌道呈高度偏心或橢圓形，與我們熟悉的行星的軌道完全不同。儘管一些新聞記者樂觀地將這顆行星稱為“金髮姑娘”，聲稱它具有適合液態水的恰當溫度，但這顆重量級行星很可能是一個缺乏可以收集水的固體表面的氣態世界。
馬西和巴特勒（到目前為止）發現的最後一顆行星具有不太極端的屬性。它三年的軌道使其沿距其恆星約3億公里的圓形軌道執行（相當於火星和木星之間的軌道），其質量至少是木星的2.3倍。在我們自己的太陽系中，它似乎不會顯得格格不入。
天文學家主要發現巨大的、短週期的行星並不奇怪，原因很簡單：這些行星最容易使用多普勒技術挑選出來。要探測到像我們自己的太陽系（其中質量最大的行星木星需要整整12年才能完成一個軌道）那樣的太陽系，至少還需要一二十年的高精度多普勒觀測。
相比之下，蓋特伍德使用的天體測量方法對大型、悠閒軌道上的行星最為敏感。在仔細研究了對拉朗德21185星50年的觀測後，他初步推斷出存在一顆木星質量的行星，其軌道週期為5.8年；這顆行星的軌道距離將是地球距離太陽的兩倍以上。蓋特伍德還看到了另一顆軌道週期為30年的行星的證據。（他釋出了一份早期摘要來描述這些結果。）
德克薩斯州休斯頓月球和行星研究所的戴維·C·布萊克認為，蓋特伍德的觀測結果是唯一符合他對行星定義的觀測結果。他說：“目前尚不清楚其他任何行星是否與行星有關，”他認為它們的形成方式可能與繞太陽執行的行星的形成方式根本不同。
行星來自哪裡？
事實上，這些行星（或非行星）是如何形成的這個問題是一個令人困惑的問題，已經引起了廣泛的討論。目前的理論認為，巨行星只能在距離恆星相對較遠的地方形成，在寒冷的氣溫下，冰和凍結的氣體會聚集在一起。那麼，這些木星質量的物體在恆星爐膛附近做什麼呢？博斯認為，這些行星實際上是在距離恆星遠得多的地方形成的，然後向內遷移。
《自然》雜誌最近一期描述了利克天文臺的道格拉斯·N·C·林及其同事提出的該理論的一種變體。根據這種觀點，新生行星可以與它們形成的物質盤相互作用，導致它們向中心恆星螺旋式移動。內部行星（可能已經變得更像地球）可能在早期階段被摧毀。無論如何解釋，新行星令人驚訝的屬性清楚地表明，行星系統有很多種形成方式。
那麼像地球這樣的行星呢——它們也在那裡嗎？它們超出了當前大多數搜尋技術的範圍。但美國宇航局局長丹尼爾·S·戈爾丁已將探測和研究其他恆星周圍類地天體列為美國宇航局的首要任務之一。實現這一目標的最可能方法是建造一個複雜的太空干涉儀（正如J·羅傑·P·安吉爾和內維爾·J·伍爾夫最近在本雜誌中描述的那樣）。光學干涉儀的地面測試已經在進行中。
目前的外太陽行星列表只是冰山一角。持續的觀測、仔細的資料分析和創新技術將很快產生更多發現，讓我們更好地瞭解那裡真實世界的各種面貌。