文/游世杰

　　在过去几年里，随着观测技术的进步，行星的发现在天文界掀起了一个又一个的高潮，新行星的花名册越来越丰富。时至今日，已有超过145颗系外行星被发现，它们与我们熟悉的太阳系行星迥然不同，那些千奇百怪的新行星前所未有地开阔了我们的视野，使我们对太阳系外行星的知识全然改观，传统的行星形成理论正在遭遇巨大的挑战。

　　传统理论面临难题

　　传统的行星形成理论认为，像我们太阳系这样的行星系统是由一团气体星云形成的，因引力收缩而旋转，由于离心力的作用形成扁平的螺旋状，最后中心形成太阳，外侧因旋转而呈扁平的盘面称为原行星吸积盘，行星便在其中诞生。

　　让我们来想象一下太阳系刚形成时的景象吧：宇宙太空中一块刚刚爆炸过超新星的天区，在暗无天日浓烟一般的尘埃气云中，渐渐开始出现一些闪光点。那些闪光点越来越明亮，五颜六色，犹如最华贵的珠宝，从乌云中显现出来。昏暗的太空越来越明亮了，弥漫的气云开始加速旋转，形成所谓的吸积盘围绕着一颗颗闪耀的星体。我们的太阳就是上面我们看到的众多“珠宝”中的一颗。

　　50亿年前，刚刚诞生的太阳仍然像一个平底煎锅里的煎炸着的鸡蛋，周围没有行星，只有一些非常稀薄的气云。随着时间的飞逝，均匀稀薄的气云在吸积盘中的局部地方汇集而变得浓厚起来，并形成一股股的条纹臂，螺旋形地绕转在太阳周围。当螺旋臂越来越浓厚时，那些聚集起来的物质开始不能承受飞速旋转的离心力，长条的臂开始断裂，成为一些小气体团块。这些气体团块继续越变越稠密，里面的气体越来越浓缩，质量和体积也越来越大，最后，终于变成一颗颗环绕在太阳周围的气态行星——那就是我们的木星、土星。不久，在那些螺旋臂中又形成了地球等另外的七个较大的行星。太阳和它的行星们就这样产生了。

　　为什么这些云雾状的吸积盘最终能够形成大大小小形色各异的行星球体呢？天文学家解释道：在吸积盘中，杂乱无章的固态物体相互撞击，相互粘连，逐渐长大。我们的地球，还包括火星等固态行星，都是在这种连续堆积的过程中成长起来的。木星等气态巨行星的形成，与地球的形成过程也相类似：当固态物体增长到地球质量的10倍左右，它所产生的重力就会不断俘获周围的大量气体，快速成长为一颗巨大的气态行星，这个后续过程非常迅速，仅用区区几百万年的时间即可。

　　这样的理论用来解释太阳系的形成过程非常合适，但那些千奇百怪的新行星进入人类视野时，这个理论再也不管用了。正如上文所提到的那样，与太阳系内行星相比，目前发现的系外行星有着许多明显不同的特征。首先是新发现的日外行星质量都很大，许多都超过了木星质量，最大的竟为木星的10多倍！这么大的质量使它们不可能有陆地表面，而只能是气态星球。

　　问题就在这里，计算机演算表明，用吸积方式形成固态核心所需的时间很长，介于1千万到1亿年之间。而年轻恒星周围的大质量气体吸积盘只能存在短短几百万年，之后就会趋于消散。因此，核心吸积机制是无法形成巨大的气态行星的。

　　新理论也有麻烦

　　看来，这个纷繁复杂的宇宙还需要我们去深入地探讨。早在50多年前，天文学家们发现，在恒星周围的吸积盘中，当气体质量足够大，并且温度冷却到足够低以后，这个吸积盘就会自然地发生重力不稳定现象。而不稳定的重力会引发吸积盘突然塌缩，形成一颗或多颗行星。

　　这种大量气体在重力作用下突然坍缩形成密集天体的想法，自然是满足了行星形成的时限要求，但是实际上根本不可能就这样容易地成功。科学家们计算机模拟中看到，按照重力不稳定理论，气体盘上产生了螺旋臂，不久在强大的重力不稳定性作用下，螺旋臂都支离破碎，产生了许多的小气体团块，在吸积盘中不断地飞来飞去，碰来撞去，不断地重新形成，又一再地被完全破坏，遗憾的是它们都无法维持太久，更不用说成长为行星了。

　　这就是说，重力不稳定的“副作用”太大了，它的出现给吸积盘造成了一个极端动荡混乱的环境，使吸积盘所有物质之间、刚刚形成的高密度团块之间总在发生强烈的物质交互作用，让即将形成的行星要么被甩到中心的恒星上被“吃掉”，要么被撕成碎片使刚刚坍缩在一起的气体物质再次分散开来。

　　看来，仅仅依靠这两种理论还无法揭开行星的形成之谜。行星究竟是怎样快速而又顺利地长大的呢？找到谜底可能还需要新的思路。

　　新的思路就是：在年轻恒星周围旋转着的狂暴尘埃气体吸积盘中，必须存在着一个重力稳定较为安全的轨道，这里既可以使行星得到重力不稳定带来的好处，能够快速地获得质量，又不会因为重力不稳定被其它团块摧毁。只有在这样的天堂里，行星才能顺利诞生。

　　经过多次计算机模拟实验，科学家注意到，在重力不稳定的外层吸积盘和重力稳定的内层吸积盘的交界处，会形成一条气体环形结构，这个环形结构的中间地带相当稳定而安全，在这里积聚的团块可以成功躲避重力不稳定的破坏而生存下来，并快速地吸积周围的气体，形成巨大的气体状行星。最后，成长完毕的行星会走出这条安全带，像成年的孩子离开襁褓去寻找自己的天地一样，行星们再也不怕被星际风暴刮走，在属于自己的轨道上看护星系的家园。

　　这就是行星形成的新理论，这由两种主要理论的结合以后形成的。但问题并没有得到彻底解决。按一般的理解，一些比木星还大的气体团块应该是形成棕矮星才对，但为什么却成了气体状行星呢？更为奇特的则是这么大的行星却距离其中央恒星很近，最近的只有700万公里，比水星和太阳的距离还要近得多，这么近的距离只能使它们自取灭亡，但它们为什么还挤得这么近呢？另外，这些系外行星还有一个特点，发现的这些行星轨道基本都是扁圆形，这样过于扁圆的轨道使那里的四季温度发生极大的变化。而且居然还有一些行星像没有父母的孤儿！他们是从哪儿蹦出来的？

　　天文学家们已经提出了一些新的理论，例如，有一种理论彻底颠覆了上述两个主要理论，认为这些巨行星可能是诞生于离恒星较远的地方，之后才由于吸积盘与行星间的交互作用而促使原行星以螺旋状轨道向中央恒星靠近，我们现在观测到的系外行星大多正处于靠近恒星的过程中，而那些形单影只的行星可能是由于还没受到吸积盘影响的缘故。不过这样的说法也有疑问：为何行星不会继续撞向恒星？

　　目前一些新的观测进展或许将使原行星盘与行星形成的研究有所突破。毫米波因可穿透气体与尘埃，透过毫米波，天文学家可以直接观测到原行星盘的中心。这些新的系外行星搜寻技术将为我们带来更多有关系外行星世界的信息，并填补现有理论的不足。相信在未来十年内，我们对行星世界的认识又将有一番改观。