焦点速读：千奇百怪的外星世界（下）：会下金属雨的“地狱”

外星的世界比我们想象的要多得多，系外行星正在改写行星的定义。甚至有些行星是如何存在的还是个谜，它们似乎违背了物理定律。外星世界挑战着科学家们对行星系理解的。

(相关资料图)

科学家们发现的外星世界越多，它们就越奇怪。它们的行为完全不像我们在太阳系中看到的那样。

科学家们把太阳系外的外星世界形象地称之为宇宙中狂野的西部世界，在这些地方，疯狂的事情正在发生，完全不受控制。

有一个外星世界非常地引人注目，它是一个来自地狱的星球。当科学家们检查这颗行星的大气层时，发现了液态铁。

铁被加热非常高的温度，然后被蒸发，最后像雨一样从天而降。

这颗行星被科学家们命名为：WASP-76b。它距地球640光年，位于双鱼座。

为什么这颗行星，比太阳系中的行星更极端呢？

起初，这颗行星看起来没什么特别的。WASP-76b绕着像我们的太阳一样恒星运转，它是一颗气态巨行星，有点像我们太阳系中的木星。

但它的位置有很大的不同，它并不在恒星系的外围，而是在离恒星非常非常近的地方。木星离太阳近5亿英里，但WASP-76b离它的恒星只有300万英里。这就是它成为热木星的原因。

WASP-76b想象图

WASP-76b 上的温度超过2200摄氏度，创造了宇宙中最极端的环境之一。

由于WASP-76b离它的主恒星非常近，所以恒星的引力会紧紧地抓住行星，随着时间的推移，自转的速度就会放慢，最后就会被锁定，使它的一面始终朝向恒星。这种引力作用被称为潮汐锁定。

潮汐锁定，笔者在之前的科普文已经不止一次提到了。事实上我们已经习惯了潮汐锁定，因为我们的月球——我们只能看到月球的一面，月球的背面持续面对着太空。

潮汐锁住行星是有后果的，而且并不是所有的后果都是好的。这可能会造成一些非常极端的天气条件，白天的一面非常热，而晚上的一面非常冷。

2020年，科学家们仔细观察了星球白天和黑夜之间的大气层。这个模糊地带有大量的雨水，但在这里，雨水是熔融的铁。

也就是说，这个星球正在下着铁水雨。科幻小说家似乎也写不出这样的场景。真实的大自然比我们能想到的任何东西都要疯狂。

那么既然有铁水雨，那么肯定就有汽化的铁。事实上，大多数物质可以以不同的状态存在。比如“水”，当是冰的时候，它就是固体；把冰加热后，它会变成水，水就是液体状态；然后如果再加热，它会变成蒸汽，就像从水壶里出来的一样，此时它就是气体。

每一种化学元素都是如此，所以对于铁来说，如果进一步加热它，它就会变成气体，所以在这个星球上，真的可以看到铁蒸汽云。随着温度下降，就会凝结成铁液并形成铁水雨。

噩梦般的天气状况是WASP-76b接近其恒星的直接结果。

WASP-76b除了会下铁水雨，还有极端的风暴。由于WASP-76b被其主星潮汐锁定，所以它的白天一面被恒星持续烘烤，温度超过2200摄氏度。但这颗行星的背面温度相对较低，1500摄氏度。

这种温差形成了壮观的气流，导致WASP-76b上的风速超过了音速，以每小时数千英里的速度飞行。

这种风能够把铁蒸汽云吹到星球夜晚的一面，在那里，铁蒸汽将经历戏剧性的变化。那里温度更低，不能以气体的形式存在，所以它会凝结成液体，然后像雨一样落下。

【泡芙行星】

会下铁水雨的星球的确是非常怪异的，事实上像这样的“热木星”在外恒星系非常多见。

但科学家发现了另一种怪异的星球。这种星球简直让科学家们“怀疑人生”。

2012年，科学家们发现了三颗气体巨行星围绕着一颗类似太阳的恒星运行。这颗恒星命名为“开普勒-51”，位于天鹅座，距离我们2615光年。

起初，科学家们认为这些行星似乎与木星没有什么区别。然后，在2019年，科学家们进行了近距离观察。

由于开普勒-51是一颗类日恒星，所以科学家们期望找到类地行星。当然科学家们也已经习惯发现一些奇怪的行星了。

但当科学家们仔细观察这三颗气体巨行星时，才意识到他们发现真正奇怪的星球。科学家们甚至认为，这样的星球不应该存在。

它们看起来像木星，但质量却只有地球的几倍。这些行星的密度只有水的1/10！简直轻得不可思议。于是科学家们把它们形象地称为“泡芙行星”。

泡芙行星们

这些超级泡芙行星是由氦和氢组成，就像木星一样。但与木星不同的是，超级气团中的气体并不密集地聚集在一起，它很松散，形成了又大又蓬松的球。所以即使它们和木星一样大，它们的质量也只有木星的1%。

所以这些泡芙行星非常非常蓬松，它是由一种轻盈的像雪一样的密度的物质组成。这些行星的极低质量给行星科学家提出了一个问题：这些超级泡芙的世界是如何存在的？

像木星这样的气态巨行星，其核心是冰和岩石。木星的地核不断膨胀，直到产生足够的引力来吸收气体，形成了一个近2000英里深的大气层。

超级泡芙行星也是这样形成的吗？仅仅根据目前科学家们对行星形成的了解，这些行星是如何形成的还是一个谜。

有这么轻的天体是一件很不寻常的事情，因为科学家们认识的行星通常不是这样形成的。

目前科学家们对这些超级泡芙行星是如何形成的，有了一个理论。

今天我们看到的这三颗行星相对靠近它们的母恒星。但考虑到它们的组成，它们很可能在更远的地方形成，即在雪线以外的地方。气体行星只在雪线外形成，远离恒星，那里的气体会聚集在一起，这样就能够抓住大量的氢和氦，并建立一个大气层。

在雪线以外水凝结成固体，这一过程大大促进了微小行星的形成。这些冰冷的星子推动了气体巨行星的快速成长。

超级泡芙形成于比木星更远的地方，在一个更冷的区域。与木星相比超级泡芙的核心相对较小。但因为它们是在这个更冷的区域形成的，它们仍然吸收了大量的氢和氦，最终就会形成一个体积很大但密度很低，质量很低的天体。

这些行星在大约5亿年的时间里一直在变大。在变大的同时，它们也在移动。它们的母恒星的引力可以把这些行星拉得更近。所以我们可以看到超级泡芙的“行星链”，就像火车上的车厢一样。

它们离恒星越近，撞击超级泡芙行星的恒星风就越多，星风吹散了蓬松的大气，这个过程叫做光蒸发。

这种光蒸发的过程导致这些行星失去它们的大气，大约每秒钟失去数十亿吨的大气。所以这些超级泡芙就像绕轨道飞行的蒲公英，然后被风吹走了。

科学家们预测，在接下来的45亿年里，一颗离恒星最近的超级泡芙行星将失去所有的大气层，只留下一颗半径小于海王星的行星。另外两颗超级泡芙行星可能将毫发无损地逃脱。

【水世界行星】

现代科技让科学家们迅速地发现各种各样奇怪的世界，也找到了一些熟悉的东西。尽管科学家们挖掘了这多的宝藏，但令科学家们沮丧的是，一直没有找到任何与我们的星球有点相似的星球。

找到一个类似地球的行星，并且能适合生命生存的系外行星，需要非常大的运气。筛选这些系外行星，寻找适合生命生存的星球就像是手机上的“星际约会应用程序”。

如果星球有铁水雨，那绝对是不可能！看到有毒的大气，滑走！看到红巨星，滑走！大气层太热、太冷、太厚，不行不行！没有紫外线，不不不！

最后，一个星球都没有！科学家们无法在“星际约会应用程序”中找到心仪的“对象”。

在寻找生命的过程中，有一个基本的要素是所有科学家们都认同的，那就是“跟着水走”。

现在科学家们已经知道很多星球都有水。在之前笔者的科普文中也提到过，太阳系中不止在宜居带中有水的存在，木星、土星的一些卫星上有水；冥王星上有水；甚至最靠近的太阳的水星上都有水。

2019年的一项研究表明，银河系中可能有许多世界存在水，水的数量是地球的数千倍。这些行星中有许多比海王星稍小一些，科学家们称它们为亚海王星。

科学家们发现的这些亚海王星是比海王星小但比地球大的行星，它们并不像我们以前见过的任何行星。

在蛇夫座，科学家们就发现了一颗距离地球40光年的这样的行星。这颗行星命名为：GJ 1214 b，但科学家们给这颗行星起了个绰号“水世界”。

GJ 1214 b想象图

那么生命能在太多的水世界中存在吗？

到目前为止，科学家们还不太确定GJ 1214 b长什么样。尽管地球被称为蓝色星球，但它的质量中只有0.05%是水。而GJ 1214 b的质量中有70%可能是水。

这颗行星被认为有一个岩石内核，有奇怪的海洋和由水蒸气组成的热气腾腾的大气层。可以说这颗行星除了水什么都没有。

与地球不同，GJ 1214 b很可能没有复杂的水和陆地块的排列。如果没有了稳定的陆地板块和健康、长期稳定的海洋。陆地与海洋之间就缺乏相互作用。

科学家们认为生命起源于海洋，但它需要从岩石中获取化学物质才能开启生命。如果没有陆地和海洋的相互作用，生命可能就不会进化。

gj1214 b上不仅没有陆海关系，这里的进化还可能以另一种方式受到限制。地球上的海洋被海底几千英尺深的深海热泉注入的化学物质所填充。而GJ 1214 b的海底有几千英里深，在这非常深的海洋的底部有非常高的压力。

当上面有很多水时，太阳辐射或阳光完全被阻挡。所以GJ 1214 b的海底温度很低，甚至水可能是以冰的形式存在。

地球上大部分的冰都被称为“冰一号”，当冰受到越来越大的压力时，它的分类数量就会增加。科学家们认为GJ 1214 b上的冰是“冰七号”。

这种冰存在于土卫二和木卫二等卫星上。在GJ 1214 b上科学家们相信冰七号会封闭海床阻止岩石内核中潜在的营养物质进入海洋。

生命的确需要水，但可能太多也不好，我们需要找到数量刚刚好的水和陆地供生命进化的星球。

GJ 1214 b看起来是个死胡同，但搜寻仍在继续……

【超级卫星】

随着科学家们继续探索宇宙，发现了一个充满希望的遥远天体，一颗卫星。

但这颗系外卫星是个怪物，它比地球大四倍。那么它是怎么变得这么大的呢？

每次科学家们发现新的恒星和它们奇特的世界，都必须重新思考我们自己的行星系统的规则。

科学家们一直以为理解所发生的事情，然后宇宙却用一些完全不同的东西带来惊喜。

虽然现在科学家们已经找到了五千多颗系外行星，但一直没有发现系外卫星。

我们的太阳系充满了卫星，几乎所有的行星都有卫星环绕。地球是唯一一颗只有一个卫星的行星。

所以卫星对行星来说是很寻常的。但为什么看不到系外卫星呢？

天文学家发现系外行星时，它们正在一颗恒星的前面经过，这被称为“凌星”。

在凌星发生的时候，恒星发出的光线会产生一个下降或摆动。但卫星带来了一个问题，它们非常小，所以很难发现。即使找到了一个也得非常幸运了。

2017年10月，天文学家近距离观察了一颗8000光年外的恒星。当一颗木星大小的系外行星经过这颗恒星前面时，光线减弱了。

然后，3.5小时后，他们看到光线再次下降，有证据表明当这颗行星穿过恒星时，挡住了恒星的一点光，同时有另一个大物体绕着这颗行星旋转。

这颗名为开普勒-1625b的行星似乎有一个伴星围绕它运行。通过观察来自星系的光以及它是如何变化的。天文学家认为他们发现了第一颗系外卫星。

这个被称为开普勒-1625b I的系外卫星造成了明显的光线下降。当科学家们分析这个潜在的卫星所产生的信号时，认为它一定是由一个四倍于地球宽度的天体所产生的，也就是像海王星那么大的天体。

而在我们的太阳系中并没有海王星那么大的卫星。海王星大小的天体是行星而不是卫星。海王星和类似质量的行星都是由冰和气体组成的巨行星。

我们太阳系的卫星没有这种成分，他们都是固体。所以就在科学家们以为已经了解了卫星及其工作原理的时候，现在一颗系外卫星来告诉科学家们不要这么快下结论。

开普勒-1625b及其卫星开普勒-1625b I示意图

目前科学家认为卫星的形成方式有两种：一种方式，首先是一个岩石世界，有东西进来撞击它，撞击它的东西，加上从那个世界喷射出来的碎片，然后形成一个新卫星，科学家们认为月球就是这样形成的；

另一种，当行星形成的时候，有一团巨大的尘雾在它周围旋转着，与行星同时由尘雾形成的卫星。

但绕开普勒-1625b轨道运行的卫星可能是通过另一种方式形成的。系外卫星并不一定要像我们在木星或土星周围看到的那样，在行星本身周围形成。

有可能，有一颗流浪行星在一颗更大的行星附近徘徊，它被捕获，变成了一颗卫星。也许在数十亿年前开普勒-1625b的行星内核在一个由气体和尘埃组成的圆盘中形成，但它并不孤独，附近还有另一颗原行星。

这有点像双胞胎，每个双胞胎都会在子宫里争夺自己的资源。这里也发生了类似的事情，这是一场争夺资源的战争。开普勒-1625b比它的孪生兄弟捕获了更多的气体和尘埃，并且越来越大。

这颗巨大的系外行星，慢慢地把它的小姐妹拉得更近，最终把它拉进了自己的轨道。于是较小的原行星变成了开普勒-1625b的卫星。

系外行星教会科学家们的一件事情，就是我们宇宙中的系统是如何演化的我们还一无所知。所以这是完全可行的——有一个非常大的海王星大小的卫星围绕着一个宿主行星。只是科学家们需要更多的证据。

科学家们相信，当新技术上线时这些证据将会被发现。

【消失的行星】

有时候天文学家会发现一些非常怪异的现象，甚至让他们怀疑自己仪器是否出了问题。

十多年前，哈勃望远镜发现了一颗围绕“北落师门星”运行的行星——北落师门b。北落师门星是夜空中最亮的恒星之一。

这颗恒星是一颗非常近，非常年轻的恒星。如果观察这颗恒星，会发现中央恒星被一个明亮的环包围着，看起来就像索伦之眼。

北落师门星与北落师门b

6年之后，当科学家们再次观察这颗恒星时，奇怪的事情发生了。突然间，行星不在那里了。这颗行星去了哪里？它竟然突然消失了！

2019年10月，天文学家通过观察BD+20307来研究行星消失的想法。BD+20307是电影中出现过的一个恒星系统，就像《星球大战》里塔图因星球的标志性图像。

如果你站在BD+20307恒星系统的行星上，当你抬头看时，天空中有两颗恒星。在宇宙中，成对的恒星围绕彼此运行比单独恒星运行更常见。

那么BD+20307有什么不同之处呢？

与北落师门星一样，这两颗恒星同样位于由气体和尘埃组成的明亮圆盘内。但北落师门星是一个不到5亿年的年轻系统，BD+20307则有10亿年的历史。

让科学家们奇怪的是，圆盘中的物质非常古老，应该很久以前就形成了新的行星了。为什么BD+20307还有圆盘？

尘埃环是年轻行星系统的特征，当看到一个圆盘状的物质围绕着一颗更老的恒星，一颗超过10亿年的恒星，这意味着什么？

科学家们认为，一种可能性是行星间的碰撞。在这个系统中行星相撞，形成了我们现在看到的圆盘。

当观察到一颗行星被摧毁，这告诉我们，在我们自己的太阳系中可能会发生什么。我们一直认为，我们的行星在它们的轨道上非常稳定。但我们没有意识到，在未来，这些轨道可能会与它们今天的轨道非常不同。

事实上，在太阳系存在的早期，我们的太阳系是一场充满了多次碰撞的毁灭战场。像我们这样的岩石行星就是这样形成的。

那时候，太阳系里并不是只有八到九颗行星，而是有成百上千个行星。它们在不停地相互碰撞，相互影响，最终形成了我们今天看到的行星。现在我们的太阳系形成了一个良好的、有规则的布局。

但当看到BD+20307这样奇怪的恒星系统，开始让科学家们质疑这种说法。

天文学家从研究其他恒星周围的行星中得到的一个非常有价值的教训：行星并不一定会一直停留在太阳系中它们所在的位置。随着时间的推移，太阳系中行星的轨道会慢慢改变。这些轨道波动的影响可能会粉碎我们的宇宙邻居。

这种可能性很小，但数十亿年后，水星可能会因为与木星的引力作用而脱离轨道。这一行动将使水星走上一条决定性的道路。我们太阳系的未来，水星可能会与地球相撞。这方面的详细内容详见笔者之前的科普文：《水星的神秘历史：竟然真的有水！而且很多》

这实际上是一个警钟，让科学家们对太阳系运行方式的理解产生了一次转变。对其他恒星系的研究让科学家们看到了行星有多脆弱。在一个行星系中，事情随时都可能发生变化。可能在某一天看到一颗行星在它的轨道上，然后，砰的一声，它就可能遭受真正的大碰撞。

所以北落师门b系统的情况也是如此吗？只能说是一种猜测，有可能是这个情况。

2020年4月，亚利桑那大学的天文学家提出了一个关于北落师门星的新理论：那颗北落师门b行星可能从一开始就不存在。实际上是两个被称为星子的更小天体之间的碰撞，而不是科学家们认为在环内捕捉到的行星。

星子是早期的行星，直径从几英里到几百英里不等。它们撞在一起形成了巨大的尘埃云，然后就会被哈勃所捕捉到。而我们看到的只是一个明亮的光点，看起来像一个行星。也就是说，科学家们观察到是只是一个过程，是恒星系成长和诞生的一部分方式。

【装死的行星】

我们的太阳是一颗中等大小的恒星，它已经燃烧了45亿多年。我们的地球一直在离太阳相当近的轨道上运行。一切都很稳定，它很安全。但45亿年后，还会是这样吗？

事实上，这颗照顾了我们几十亿年的恒星，它要毁灭我们。经过数十亿年的光和热，太阳的氢燃料耗尽，核心变得不稳定并收缩。

核心引力把一切都拉向中心，然后是反弹。然后在太阳周围形成一个巨大的气体包层。外层气体向外喷发并膨胀，随着气体包层变大，表面温度降至1万华氏度以下。

此时的太阳进入生命的晚期，它是巨大的、膨胀的红巨星。当它膨胀时，它会向外扩张，很可能会吞噬一些围绕太阳运行的行星。

虽然太阳的表面冷却了，但温度仍然超过4500摄氏度。所以如果太阳膨胀到地球的轨道范围，我们都会被烤熟。

科学家们在寻找系行星时，发现系外行星HD 203949 b就在这个区域内运行。那么这个星球完蛋了吗？

恒星HD 203949与行星 HD 203949b

2019年9月，科学家们用一种叫做天文地震学的技术，近距离观察这颗威胁星球的红巨星。

天文地震学测量的是恒星的振动，应用到这些恒星上的天文地震学是一种非常有用的方法。可以获得比我们通常仅通过观察它们的亮度或温度获得更多信息。

恒星内部的振动是来回的，科学家们可以通过监测表面来观察。当这些恒星进入红巨星阶段时，会发生的一件事，就是它们开始像铃铛一样响。

当科学家们听到这些恒星的鸣响时，它实际上为科学家们提供了关于任何恒星的最精确信息。

科学家们可以测量它们的质量，它们的半径以及它们的密度。比其他任何恒星都要精确得多。

红巨星的振动揭示了一些非常惊人的现象。当科学家分析恒星HD 203949的环绕方式时，意识到它实际上比通过其他方法确定的质量要小。

这告诉科学家们，这颗恒星可能已经经历了红巨星阶段。即今天看到的恒星比很久以前看到的应该要小一些。这颗恒星失去了一些外层并开始收缩。

如果这颗恒星已经经历了它的红巨星阶段，并再次收缩，这意味着在某一点上，它比那颗行星的轨道还要大。

如果行星HD 203949 b曾经在红巨星的膨胀区域内，那么它应该已经被摧毁了。但不知何故，它依然完好无损，它是从死亡中逃脱的幸存者。

那么该如何解释这种逃跑行为呢？是否是这颗行星改变了它的轨道位置从而躲过了死亡？或者HD 203949 b根本就不在致命区域，也许这颗行星最初是在更远的地方形成的，在红巨星阶段完成后迁移进来。

也许一些从恒星脱落的气体云到达了行星，这种气体将行星拖拽使其轨道变慢，在恒星达到最大尺寸后，行星逐渐向内迁移。然后这个恒星系逐渐发展到我们今天所看到样子。

不过，无论HD 203949 b是什么原因还运行在HD 203949的周围，但它的未来并不光明。

虽然HD 203949还会拥有它的恒星，但已经不再和原来一样了。它的恒星将缩小成一颗凉爽昏暗的白矮星，HD 203949将会是寒冷和黑暗的世界。

我们地球的未来也会这个样子，当然，这会在50亿年后才会发生。与此同时，我们可以庆幸自己生活在地球上，而不是生活在科学家们在银河系中发现的那些奇怪的外星世界中。

科学家们发现的系外行星越多，我们就越意识到自己有多幸运。科学家们看到的行星不是太大，就是太小；大气层不是太厚就是太薄；恒星不是太近就是太远；水不是太少就是太多。而我们地球上的一切都刚刚好。

系外行星推动和延伸了行星科学的边界，科学家们发现的每一个新世界都扩展了我们的知识，让我们更接近地了解我们在宇宙中的位置。

如果我们能理解行星是如何形成的为什么它们会以这种方式形成，以及它们是如何进化的。那么我们就能更好地了解我们的过去、现在和未来。

随着科学家们发现越来越多这样的行星，我们将对我们自己的太阳系和我们在这个大家庭中的位置有更多的了解。

虽然科学家们发现的外星世界有多么千奇百怪，但如果他们在外星世界找到的只是一个个的“太阳系”，那又该是有多无聊呢？

关键词： 科学探索 千奇百怪的外星世界（下）会下金属雨的地狱