探索适宜居住的行星
Joshua Rodriguez/PlanetQuest
译自NASA，2009年3月28日
科学家若能了解类似我们的行星是如何形成的，会有助于寻找恒星周围适宜居住的行星。科罗拉多大学的肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）与他的小组不仅在寻找运作这一神秘过程的线索，而且还发现，类似于地球的行星也许比先前设想的要更为常见。
雷蒙德的专业领域是创造计算机模型，来描述类地行星从年轻恒星周围的气体尘埃盘中形成的过程。他说：“我们可以模拟出年轻恒星周围盘状结构里的小天体轨道，以及小天体之间的碰撞，后者将导致它们的增长，并最终形成行星。这非常有意思——就象是开始扮演上帝的角色。”与他合作参与这项奠基性工作的研究者包括NASA戈达德航天中心的阿维·曼德尔（Avi Mandell）、华盛顿大学的汤姆·奎因（Tom Quinn）、亚利桑那大学的乔纳森·卢宁（Jonathan Lunine）以及宾夕法尼亚州立大学的斯坦·西格森（Steinn Sigurdsson）。
艺术家笔下的“水世界”以及生活在覆盖着整个行星的海洋中的生物。当巨型气体行星迁移过恒星的宜居带之后，类似于这样的行星可以作为“第二代”的一部分形成。大图请点击（图片提供：Nahks Tr’Enhl）
根据雷蒙德的观点，恒星盘的性质是确定其所形成行星系类型的因素。他说：“最为重要的因素是盘面的形状。这会告诉你物质的分布，以及你所得到的是什么行星。”
最先得到的行星是典型的巨型气体行星，类似于我们太阳系中的木星与土星。雷蒙德说：“这些行星的形成需要花费大约200万年——比地球快得多，地球需要1亿年才能形成。”他说，我们知道，它们形成得非常迅速，这是由于其他恒星周围诞生行星的气体盘在这段时间里会损失掉气体。主导理论是，巨型气体行星是“自下而上”形成的——它们岩石核心的引力迅速从残片盘中吸引了厚厚的气体包层。
天文学家兼行星形成理论家肖恩·雷蒙德。大图请点击
地球与金星这样的小型岩石行星是由岩石与尘埃形成的，它们在更靠近恒星的地方碰撞并凝聚成团。雷蒙德指出，我们太阳系中的小行星带可能是帮助形成地球与其他内行星的残余物质。
当类地行星的岩石核心开始凝聚后，增加水分的时间到了。通常认为，冲入地球的冰质彗星带来了现今填充湖泊与海洋的水分，但雷蒙德说，这很可能并不是实际情况。“彗星非常小，有着高度偏心的轨道，与地球碰撞的几率很小。有可能发生的是，冰质的小行星与地球相碰，并带来了水。”雷蒙德解释道。
雷蒙德的小组还发现，对于类地行星的形成来说，象太阳系中的木星和土星这样的巨型气体行星可以发挥强有力的作用。他说：“如果木星环绕太阳运行的轨道偏心率大上稍微一点点（椭率更大），它就会散射走大量物体，把它们踢出太阳系，而这些物体本会把水带给地球。所得结果就是一个含水量只及当前10%的地球。”
雷蒙德的一项模拟，展示了行星是如何随着时间的推移从原行星盘的散射物中形成的。蓝色环形标记表示水的存在，红色表示较干燥的物质。在这项模拟中，在类似于我们地球的位置上形成了一颗类地行星（左起第2个黑点）。雷蒙德的其他动画请点击
不过最令人惊讶的也许是雷蒙德针对拥有“热木星”的太阳系的模拟，这类巨型气体行星形成于远离恒星的地方，之后螺旋向中心靠近，往往要运行到炽热的近距离轨道上。
起初科学家认为，这些行星的存在意味着一个贫瘠的太阳系，没有存在生命的机会。他们认为，任何年轻的类地行星都会在巨型气体行星向内迁移时被毁灭掉。雷蒙德说道：“它们的迁移会径直穿过类地行星形成的地方。当我们试图模拟地球在这些系统中的形成过程中，我们没有想到这一过程会起作用。”
恰恰相反，雷蒙德的小组发现，热木星可以诱发产生“第二代”类地行星。当巨型气体行星向内迁移时，它们会将盘中的部分物质赶向更靠近恒星的地方，并将其余部分向外散射掉。雷蒙德解释道，更靠近恒星的物质形成了炽热的超级地球，它们是只比我们的地球大上几倍的酷热星球。
另一方面，被抛向外侧的石质物质“可以在稳定的轨道上安顿下来，并凝聚成新一组类地行星。在我们的模型中，这些行星有大量的水分——最多可达地球的50倍。它们应该是被海洋覆盖的。”雷蒙德说。热木星的存在一度认为是死亡太阳系的标记，也许却是奇异水世界存在的信号。
在行星搜索者挑选系外行星系以判断类地行星优良候选者的过程时，雷蒙德的研究将帮助他们在“收窄视野”时迈进一大步。这些行星也许是未来行星搜寻计划（如NASA计划中的SIM Lite计划）后续研究的优秀目标。
这张图片比较了我们自己的太阳系（上图）以及发生过巨型气体行星向内迁移的系统，后者促使“水世界”在距离恒星较远的地方形成。大图请点击
这同样意味着，在银河系其他地方的类地行星可以是任何的情况，但不会很稀少。雷蒙德说：“我们业已发现的系外行星系中，有三分之一是很好的类地行星候选者。也许到处都有地球存在……我们只需要等待，观察。”
更多关于搜索其他类地行星以及系外行星的新闻请浏览PlanetQuest：http://planetquest.jpl.nasa.gov。
肖恩·雷蒙德的更多研究工作可见他的主页：http://casa.colorado.edu/~raymonsn/。
