为什么行星不能像恒星一样？
Stuart Ross Taylor 文    Shea 译

研究行星既需要地质学家推演的技巧和需要天体物理学家的数学描述。

　　行星是复杂过程造就的不同个体。在太阳系中有8颗行星，每一颗都有着与众不同的质量、密度、组成、自转周期和自转轴倾角。它们唯一的共同点是都有着近圆的轨道和较小的轨道倾角，也正是这些特征使得皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）在1796年推断太阳系行星形成于一个转动的盘状星云之中。


[图片说明]：土卫九的照片为行星形成的研究带来新的线索。版权：NASA/JPL/SPACE SCIENCE。

　　太阳系还包含了超过120颗的卫星以及大量更小的天体，其中绝大部分呈现出特殊的组成和行为特性。因此，这说明了在由气体、冰块和岩石组成的原始星云中行星和卫星的形成过程是不一样的。而且行星也可能会从原来的位置发生迁移，这一迁移可以有效的改变原始星云中化学成分的分布。

　　在发现了超过100个的太阳系外行星系统之后，太阳系行星的起源和演化问题成为了关注的焦点。对这些太阳系外行星系统的观测发现行星的质量和位置可以存在较大范围的变化——更复杂的是——许多新发现的行星有着偏心率非常高的轨道。可能我们最终会得出结论，只要宇宙化学元素丰度以及物理和化学条件允许在年轻恒星周围的气体盘中总是会形成行星的。

　　与行星不同，恒星在组成上是相对统一的，只是在质量上有较大的变化。恒星演化的基本特征已经得到了充分的认识，通过以表面温度和光度为参数的赫罗图可以清晰地描述恒星的演化，赫罗图也同时反映了恒星内部的核反应。

　　与之形成对比的是，行星缺乏系统性的关联，甚至在分类和识别上都存在着困难。最好的例子就是关于冥王星地位的激烈争论，冥王星与其他行星相比相对较小而且有着相对较大的轨道偏心率，但是却非常符合柯伊伯带天体的特征。到目前为止在行星科学中还没有类似赫罗图的描述方法。甚至就算我们可以非常好得解释太阳系的形成和演化，也无法保障这个理论能适用于任何情况。正像史蒂芬·布拉什（Stephen Brush）所认为的，也许也正是这个原因，太阳系的起源是科学中最古老的未解之谜之一。

　　研究行星从认识地球开始。地质学是科学中的后来者。即使在1788年詹姆斯·赫顿（James Hutton）已经意识到了有关的概念，但是这也比板块理论作为一种构造地球表面的机制被接受早了150年。板块构造有助于解释大陆的形成和矿物的沉积，也有助于解释高等文明的形成。但是在太阳系行星中这一过程只出现在地球上，这也许与地球上有水有关。对月球演化认识的困难可能部分就源于我们试图把从地球湿润岩石中得到的经验应用于干燥的月亮。

　　即使大自然一开始也想创造两颗相似的行星，但最终得到的可能是地球和金星。这对孪生兄弟有着相似的质量、密度、组成以及产热元素（钾、铀和钍）的丰度。但是金星只有一个板块而且没有卫星，而且金星可能每隔几十亿年就会在整个表面更新一次玄武岩。是什么造成了这对双胞胎地质演化的不同？一个简短的回答是水，但是更多的则是由于早期行星吸积过程中的差异。相似性并不是一种特性，地球之于金星就像《化身博士》中的哲基尔医生之于海德先生。因此在寻找其他的类地行星时，必须寻找那些具备这些条件以使得类地行星得以形成的地方。

　　就像十九世纪的地质学一样，对行星的研究开辟了一个新的科学领域。人们通常认为地质学家研究的是岩质的行星，天文学家研究的是气态的行星，两个群体泾渭分明。地质学家研究的绝大部分是行星表面的现象，但是行星的壳层和它的内部存在着巨大的差异。与之形成对比的是，天文学家长期以来研究的是恒星内部的演化。单独的任何一个群体都不适合去研究太阳系外行星系统的多样性以及有关恒星、地球和不同外太阳系行星的问题。为了防止出现瞎子摸象的尴尬需要整体的行动。就像天体物理、地球化学、生物化学和地球物理是建立在经典学科的交叉点上一样，行星科学需要全新的研究理念。这一理念需要完美的结合天文学和地质学，以此可以像恒星一样在数学上处理行星，同时也可以推广在地球上所获得有关认识。


出自：Nature
发布日期：2004-07-29

2001-2009 火流星工作组制作


本文遵循“创作共用约定”之“署名-非商业性使用-禁止演绎”3.0约定
任何意见和建议请致电：