互动科普

在某个行星系统中是否包含“类似地球的行星”，也是有前提条件的。这个前提条件就是，“类似木星、土星等大型气体行星的数目不能超过两颗”。

在太阳系中大型的气体行星只有两个，也正因如此，太阳系内才能有长期保持整齐的轨道。太阳系的8个行星，其轨道都接近圆形，轨道的面也非常的整齐，而且几乎都与太阳的自转轴相垂直。

那么在拥有3颗以上的巨型气体行星的系统里，究竟又会发生什么情况呢？这样的话，轨道面就无法保持整齐了。比如，在仙女座υ（希腊字母）星的行星系统中，从内侧开始的第2颗行星和第3颗行星的轨道面就不是一致的，大约相差30°。而且轨道面与主星的自转轴也不再垂直，其中一个轨道是椭圆的。

研究行星系统形成理论的日本东京工业大学的井田茂教授说：“存在3颗以上的巨型气体行星的行星系统中，行星之间的引力很容易扰乱彼此的轨道。比如说，两个行星相互接近的时候，当其中一个行星被向原公转轨道外弹出的时候，剩下的一个就容易形成椭圆轨道。”

假如把地球的轨道压成椭圆形，随着公转，它与太阳的距离就会变大，相应地，地球环境的变化也会更加激烈。所以要想找到和地球类似的行星，就必须考虑到，在同一个行星系统中还有其他什么样的行星。

混乱轨道的行星系统（A）和整齐的同心圆轨道的行星系统（B）

恒星诞生于“原行星盘”的中心，一般认为行星系统是在“原行星盘”上所剩的尘埃中慢慢成长出来的。 当尘埃的量比较大时，容易形成歪歪扭扭的盘；而当尘埃较少时（像太阳系这样），就会形成整齐的同心圆轨道的行星系统。

图中，A. 仙女座υ的行星系统有着异常混乱的轨道。仙女座υ星c和仙女座υ星d是两颗巨大的气体行星，质量分别是木星的14倍和10倍。从内侧算起，第2（c）和第3（d）颗行星的轨道相互错开30°。在仙女座υ行星系统中，由于组成行星的材料尘埃比较多，存在3个以上的巨型气体行星。之后，有的行星把其他的行星弹射出去后，自身的轨道也发生了变化。

A-1. 大量尘埃组成的圆盘。与恒星一起诞生，在周围有尘埃组成的原行星盘。A-2. 存在3个以上的大型气体行星。多个行星在整齐的同心圆轨道上运行。A-3. 行星之间的引力会扰乱轨道。行星间的引力效应会彼此扰乱轨道，有的行星被弹出行星系统，剩下的行星的轨道会发生变化。A-4. 行星系统中的轨道变得混乱不堪。轨道之间不会排列整齐的行星系统。

B．行星在同一平面上，并处于同心圆轨道的行星系统。形成行星系统的初期，组成行星的材料的尘埃的量比较少，行星的轨道面比较整齐。一般来说是同心的圆轨道。

B-1. 少量尘埃组成的圆盘。组成星体的材料比A-1要少。B-2. 行星的诞生。从尘埃比较少的盘中诞生的巨型气体行星不超过两个慢慢成长。B-3. 所有轨道在同一个平面上的行星系统。行星的轨道都处于同一个平面上，呈同心圆整齐地排列着，并保持这个局面慢慢成长。

（本文发表于《科学世界》2013年第2期）