8月上旬,当3个天文学家小组宣布发现9个新的环绕其他恒星的行星时,搜寻行星的技能又向前迈了一大步。从国际天文学联合会第24次集会(2000年8月7日~18日在曼彻斯特召开)上得到的新闻包括最容易知道的“外行星”(exoplanet)、最靠近地球的外行星、离母恒星最远的外行星,以及除太阳系外第二个多重行星系统。
对科学家说来,真正的新闻不是这些新奇的报道而是新发现的行星的数量。由于个数已近50,太阳系外行星已不是什么稀罕的东西。加州大学伯克利分校的天体物理学家黛布拉 · 费希尔(Debra Fischer)说:“它们现在正变成大的集体,我们可以开始真正的研究了。”这些增加的样本首次向科学家提供了真正的证据,恒星可能普遍包含有行星。但它同时也暗示行星“托儿所”对行星的成长来说可能是地狱般的地方。一些天文学家现在怀疑他们发现的大多数行星是古代与游荡的对手争夺稳定的轨道而幸存下来的“老兵”。
直到最近,天文学家仍没有发现宇宙中这种竞技场存在的线索。在我们的太阳系内,行星沿着彼此隔开的、近似圆的轨道绕行,同时太阳及远处的冷气体云附近有小的岩石状天体。这一安排来自于环绕新诞生的恒星的气体残余物旋转。第一个地外行星的踪迹被发现是6年前,当时日内瓦天文台的迈克尔 · 梅厄(Michel Mayor)和迪迪亚 · 奎洛兹(Didier Queloz)在飞马51摆动的星光中发现了外行星的证据。行星太暗了以致用望远镜也无法看见;从令人眩目的恒星光芒中找出外行星就像“试图在原子弹爆炸的强光中找出一只萤火虫,”加州大学伯克利分校的行星猎手杰夫 · 玛西(Goff Marcy)说。与此不同,梅厄和奎洛兹寻找由行星的引力拖曳所引起的恒星微小摆动的证据。当恒星朝地球摆动时,它的光会发生多普勒效应,并向高频率的波段移动,类似于朝你驶来的火车汽笛声会变尖。通过测定频率移动的时间,瑞士天文学家可以推算出假定中的行星轨道形状和周期以及行星的质量。
新公诸于众的9颗行星延续了这种倾向。从距地球近10. 5光年的波江ε的星光中,玛西的小组发现了轨道半径4. 78亿公里木星大小天体的证据,这是已知外行星中轨道半径最大的一个。在恒星HD83443周围,梅厄小组发现了第二颗行星, 质量为土星的一半,这是第二个展现在我们面前的多重行星系统。
天体物理学家正努力搞清楚这些外行星的寓意,但他们将挑战现有的一些理论。恒星可能是多产的行星制造工厂,其中轻的天体比重的要多。如果这种理论是正确的,那么有更多的小行星正等着被发现。另外,多重行星系统也可能是普遍的。现在,49颗已知的行星分散在不同的46颗恒星周围。但在会议上,费希尔介绍的证据——在数据中小天体的波动——暗示着许多看似孤独者在宇宙之舞中有它们自己的舞伴。
一些阴影中的舞伴使行星间的华尔兹更像是地狱。例如,3颗环绕着仙女v的行星正处于混沌边缘的平衡状态;如果这个系统还有一颗行星,那么行星间的引力将把它排除出去,弹射人星际空间。天体物理学家说,这些引力火药桶正处于一种被称为动态饱和(dynamic saturation)的状态。费希尔说:“如果有更多的行星系统处于动态饱和,那可能意味着开始时行星大量的形成,之后有部分被抛射了出去。”她补充说,紧贴恒星的轨道以及许多外行星狭窄的椭圆轨道可能是这些猛烈作用的后遗症。
就算如此,这些理论也还只是设想。为确认它,天文学家需要追踪更多的小行星。他们警告这不是件易事。为侦测波江ε相对较重的行星,甚至在很小的范围内,天文学家不得不细查了这颗恒星20年的光谱资料和34年来对其位置观测的数据。恒星黑子,类似太阳黑子,是出现在恒星表面的磁暴,它会产生一个较冷的区域敏锐地改变恒星的光谱。在年轻时,磁场活跃的恒星,就像波江ε,高速旋转并且少黑子活动会产生“伪多普勒效应”,就会模仿或扰乱恒星的摆动。玛西谈到那颗假定的行星说:“我得说有75%的可能性它是真实存在的。”
[Science,2000年8月18日]