恒星的诞生。 |
外星世界是科幻小说的主题，但在几个月前，它们在科学事实中还无立足之地。尽管经过几十年的认真搜索，天文学家仍没有直接证据表明行星会绕其他恒星运行。去年10月，日内瓦天文台的米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹探测到一颗绕着飞马座51星运行的行星——然后，闸门打开了。观测者迅速报告说，至少又发现了四颗绕附近恒星运行的行星；其中两项观测结果是如此之新，以至于尚未在文献中正式公布。“这是一个独特的时代，”华盛顿卡内基研究所的行星形成建模专家艾伦·P·博斯惊呼。“这是我在科学事业中见过的最令人兴奋的事情。”
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目前，寻找行星的桂冠归于由旧金山州立大学和加州大学伯克利分校的杰弗里·W·马西和R·保罗·巴特勒领导的团队。他们帮助证实了马约尔和奎洛兹宣布的结果，然后迅速发现了他们自己的三颗行星。肯定会有更多的发现：马西报告说，“我们在很多数据中看到了行星的暗示。”他的小组建立了一个专门的行星搜索网站，以跟上这项工作的快速进展。匹兹堡大学的乔治·盖特伍德将在即将召开的美国天文学会会议上报告第五颗行星的探测结果。
没有人真正看到这些新行星；它们都是通过测量它们如何影响其母恒星的运动间接识别出来的。当一个物体绕恒星运行时，它的引力会使恒星来回摆动。这种运动会在地球上看到的恒星光谱中产生周期性的位移，或多普勒频移。马西和巴特勒，就像马约尔和奎洛兹以及其他几个团队一样，检查光谱中可能表示行星存在的小位移。多普勒技术可以揭示轨道和轨道天体的最小质量，但不能揭示其性质的细节。
盖特伍德采取了一种稍微不同的方法，这种方法依赖于对恒星运动的直接观测。恒星并非固定不动；它们似乎在天空中漂移，尽管速度很慢。产生多普勒频移的同样的来回运动也使恒星的路径看起来像锯齿形而不是直线。盖特伍德和他的同事们正在非常仔细地寻找那些明显的摆动。对恒星位置的精确测量被称为天体测量学。
这些技术的成功在天文学界引起了兴奋的涟漪，并抓住了公众的想象力。尽管有一些过于热情的早期声明，但新发现的物体不太可能孕育生命（更不用说智慧生命了）。但它们确实表明行星在宇宙中很常见，这提高了在众多世界中某个地方存在生物的希望。这些行星也与我们太阳系中的任何东西截然不同，迫使理论家重新考虑他们对恒星和行星如何形成的观念。
奇异的新世界
围绕飞马座51星运行的行星可能是其中最奇怪的一个。它的质量至少是木星的一半，但它距离它的恒星只有700万公里——不到水星距离太阳的八分之一。在这样的距离下，行星的表面应该被烘烤到理论温度1300摄氏度。它围绕其恒星快速旋转，以至于它的“一年”只有四天长。
马西和巴特勒最近在他们的网站上发布了一条通知，宣布发现了一颗与绕着HR3522星（也称为巨蟹座55 Rho）运行的行星有些相似的行星。（马西将此公告描述为“互联网出版”的一项实验：一种在通过同行评审之前发布新发现的方式。）这个物体的质量至少是木星的五分之四，轨道距离约为2500万公里。
马西和巴特勒发现的一个物体是一个非常巨大的物体——至少是木星质量的6.5倍。它绕着室女座70星运行，轨道呈高度偏心或椭圆形，与我们熟悉的行星的轨道完全不同。尽管一些新闻记者乐观地将这颗行星称为“金发姑娘”，声称它具有适合液态水的恰当温度，但这颗重量级行星很可能是一个缺乏可以收集水的固体表面的气态世界。
马西和巴特勒（到目前为止）发现的最后一颗行星具有不太极端的属性。它三年的轨道使其沿距其恒星约3亿公里的圆形轨道运行（相当于火星和木星之间的轨道），其质量至少是木星的2.3倍。在我们自己的太阳系中，它似乎不会显得格格不入。
天文学家主要发现巨大的、短周期的行星并不奇怪，原因很简单：这些行星最容易使用多普勒技术挑选出来。要探测到像我们自己的太阳系（其中质量最大的行星木星需要整整12年才能完成一个轨道）那样的太阳系，至少还需要一二十年的高精度多普勒观测。
相比之下，盖特伍德使用的天体测量方法对大型、悠闲轨道上的行星最为敏感。在仔细研究了对拉朗德21185星50年的观测后，他初步推断出存在一颗木星质量的行星，其轨道周期为5.8年；这颗行星的轨道距离将是地球距离太阳的两倍以上。盖特伍德还看到了另一颗轨道周期为30年的行星的证据。（他发布了一份早期摘要来描述这些结果。）
德克萨斯州休斯顿月球和行星研究所的戴维·C·布莱克认为，盖特伍德的观测结果是唯一符合他对行星定义的观测结果。他说：“目前尚不清楚其他任何行星是否与行星有关，”他认为它们的形成方式可能与绕太阳运行的行星的形成方式根本不同。
行星来自哪里？
事实上，这些行星（或非行星）是如何形成的这个问题是一个令人困惑的问题，已经引起了广泛的讨论。目前的理论认为，巨行星只能在距离恒星相对较远的地方形成，在寒冷的气温下，冰和冻结的气体会聚集在一起。那么，这些木星质量的物体在恒星炉膛附近做什么呢？博斯认为，这些行星实际上是在距离恒星远得多的地方形成的，然后向内迁移。
《自然》杂志最近一期描述了利克天文台的道格拉斯·N·C·林及其同事提出的该理论的一种变体。根据这种观点，新生行星可以与它们形成的物质盘相互作用，导致它们向中心恒星螺旋式移动。内部行星（可能已经变得更像地球）可能在早期阶段被摧毁。无论如何解释，新行星令人惊讶的属性清楚地表明，行星系统有很多种形成方式。
那么像地球这样的行星呢——它们也在那里吗？它们超出了当前大多数搜索技术的范围。但美国宇航局局长丹尼尔·S·戈尔丁已将探测和研究其他恒星周围类地天体列为美国宇航局的首要任务之一。实现这一目标的最可能方法是建造一个复杂的太空干涉仪（正如J·罗杰·P·安吉尔和内维尔·J·伍尔夫最近在本杂志中描述的那样）。光学干涉仪的地面测试已经在进行中。
目前的外太阳行星列表只是冰山一角。持续的观测、仔细的数据分析和创新技术将很快产生更多发现，让我们更好地了解那里真实世界的各种面貌。