116光年外，發現完全不同的恒星系，徹底顛覆現有科學理論

據研究人員利用NASA和歐洲航天局（ESA）的望遠鏡發現該系統，距離地球約116光年的系外行星系統可能會顛覆行星形成的格局。

四顆行星繞著LHS 1903運行——這是一顆紅矮星，是宇宙中最常見的恒星類型——并且排列成一種奇特的順序。最內側的行星是巖石的，接下來的兩個是氣態的，然后，出乎意料的是，最外層的行星也是巖石的。

這種排列與銀河系及我們太陽系中常見的模式相矛盾，巖石行星（水星、金星、地球和火星）更靠近太陽運行，而氣態行星（木星、土星、天王星和海王星）則更遠。

天文學家懷疑這種常見模式是因為行星形成在年輕恒星周圍的氣體和塵埃盤中，而靠近天體的溫度更高。在這些內部區域，揮發性化合物如水和二氧化碳被汽化，而只有能耐高溫的材料——如鐵和成巖礦物——才能聚集成固體顆粒。因此，在那里形成的行星主要是巖石行星。

在離恒星更遠的地方，科學家稱之為“雪線”之外，溫度足夠低，水和其他化合物能夠凝結成堅硬的冰——這一過程使行星核心能夠快速生長。一旦形成中的行星質量達到地球的約10倍，其引力足以吸入大量氫和氦，在某些情況下，這種失控的生長會產生如木星或土星這樣的巨大氣體行星。

“行星形成的范式是，我們有非常靠近恒星的巖石內行星，就像我們的太陽系一樣，”英國華威大學物理系助理教授、該發現研究的第一作者托馬斯·威爾遜說，該研究于周四發表在《科學》雜志上。“這是我們第一次遇到一顆巖石行星離其主星如此遙遠，且繼這些富含氣體的行星之后。”

這顆意想不到的巖石行星，名為LHS 1903 e，其半徑約為地球的1.7倍，天文學家稱之為“超級地球”——一個體積較大的地球，密度和成分相似。但為什么它會在那里，違背邏輯和以往觀察？

威爾遜說：“我們認為這些行星是在彼此截然不同的環境中形成的，這正是這個系統的獨特之處。這顆外行星比中間兩顆行星更巖石化，按標準形成理論是不應該發生的。但我們認為它形成得比其他行星晚。”

該行星系統最初是通過2018年發射的NASA太空望遠鏡——凌日系外行星巡天衛星（TESS）發現的，目的是發現新的系外行星。隨后，該系統使用歐洲航天局的CHaracterising ExOPlanet衛星（Cheops）進行分析，該衛星于2019年發射，用于研究已知擁有系外行星的恒星。研究人員還利用了來自世界其他望遠鏡的數據，促成了大規模的國際合作。

在確認了“內外翻轉”行星系統的奇異發現后，科學家們測試了一些假說，試圖解釋最外層巖石行星的存在，希望弄清楚它是通過其他行星碰撞形成的，還是一顆富含氣體、失去外層包層的行星殘余。

“我們在這項研究中進行了大量動力學分析，基本上是把這些行星互相拋向，也把其他行星扔向這些行星，看看是否能移除大氣層，是否能通過撞擊制造這些行星，”威爾遜說，指的是兩種可能的形成過程。“但我們不能這樣造這些星球。”

排除這些可能性后，研究人員發現了威爾遜所稱的“氣體枯竭”形成機制，即行星依次形成，順序與我們太陽系相反，從最內側的行星開始向外擴展。

“這種形成機制，即從內側的行星開始，然后逐漸遠離母星，意味著最外層的行星是在最內層的行星之后數百萬年形成的，”威爾遜說，“而且因為它形成得晚，實際上盤中剩下的氣體和塵埃并不多，無法用來建造這顆星球。”

在我們的太陽系中，氣態巨行星最先且迅速形成，隨后是四個內層巖石行星。海王星軌道之外還有巖石天體，如冥王星，但與LHS 1903 e相比，威爾遜說，它們體積更小，冰量豐富，且很可能形成得比其他太陽系行星晚得多，這都是由于碰撞的結果。

麻省理工學院行星科學與物理學教授、該研究合著者薩拉·西格表示，這一發現可能“為改變行星圍繞銀河系中最常見恒星形成的機制提供了最早的證據之一”。

然而，她說，這項研究圍繞著一個難以解釋的方向展開，因此爭論仍未解決。她在一封電子郵件中說：“即使在一個日益成熟的領域，新的發現也能提醒我們，在理解行星系統如何構建方面，仍有很長的路要走。”

據加州理工學院行星科學教授希瑟·克努森介紹，LHS 1903是一個引人入勝的行星系統，能向科學家傳授許多關于小行星如何形成和演化的知識，她并未參與該研究。“行星e尤其引人注目，因為它可能承載多種不同的大氣層，且可能足夠冷，使水能夠凝結，”她在一封電子郵件中說。“用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡觀測這顆行星將會非常迷人，它或許能告訴我們更多關于其大氣特性的信息。”

據麻省理工學院卡夫利天體物理與空間研究所博士后研究員安娜·格里登介紹，四顆行星組成的LHS 1903系統可以作為研究小行星如何在不同于我們太陽的恒星周圍形成的天然實驗室。她也沒有參與這項研究。

格利登在郵件中寫道：“作者們合理地得出結論，最外層的行星很可能是在氣體稀少的區域形成的，而不是通過劇烈碰撞失去大氣層，”他說，未來的觀測可能幫助科學家探測它們的大氣層，更好地理解不同類型行星的形成和演化過程。

論文中提出的形成假說令人振奮，但行星形成是一個復雜的過程，科學家們仍在努力理解，巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家內斯托爾·埃斯皮諾薩警告說，他并未參與這項研究。

埃斯皮諾薩在一封電子郵件中補充道，行星如何在像LHS 1903這樣的小恒星周圍形成，現在已成為一個爭論焦點。“這個系統帶來了一個非常有趣的數據點，未來幾年行星形成模型都會試圖解釋它——我相信當它們相互比較時，我們會學到關于行星形成過程的新東西！”