太陽系是一個農場，而人類就是農場里的火雞？

宇宙間的四種行星系。太陽系的布局就目前看來確實非常稀有。UniBe / NCCR PlantS / Tobias Stierli

在首顆系外行星被發現之前，天文學家總是假設別的太陽系和我們的大同小異。

但現在，人們已經發現了5000多顆系外行星。這些行星環繞著3000多顆恒星運行。在這3000多個太陽中，目前有850個已確認帶有2顆以上的行星。那么這些行星系統和我們的太陽系相似嗎？新的研究結果認為：可以說毫無相似之處。

科學家在2月14日發表的一篇論文中將系外行星系統分成了四大類。我們的太陽系被歸為“正序型”，而這一類卻是四類行星系統中最稀有的。其他三類則分別是：“相似型”、“反序型”和“混合型”。

行星之于行星系，并不像是豆子之于豆莢，行星系也無法簡單地劃分為兩種基本系統。事實上，基于現有的發現，行星系至少可以分成四大類。

“正序型”行星系的特點是，行星的質量隨行星和恒星距離的增加而增加。比如我們的太陽系，離太陽最近的是最小的四顆類地行星，離太陽較遠的是四顆氣體巨行星。

“反序型”行星系則與之相反：行星質量隨其與恒星距離的增加而下降。“混合型”行星系中的行星質量則與其和恒星的距離沒有關系。

而在“相似型”行星系中，所有行星的質量差不多。比如TRAPPIST-1行星系已知擁有7顆行星，它們的質量基本上都和地球差不多大。

統計結果顯示，“相似型”行星系的數量是最多的，大約占到了80%；而我們太陽系這種“正序型”是最少的。

TRAPPIST-1行星系屬于“相似型”。NASA / JPL-Caltech

行星系之所以可以分為這些類型可能有兩個主要原因。其一是原行星盤的質量；其二是恒星的重元素含量。

研究人員認為，重元素含量少的恒星，搭配小型低質量原行星盤，會孕育出“相似型”行星系；重元素含量高的恒星，搭配大型高質量原行星盤，會孕育出“正序型”和“反序型“行星系；“混合型”行星系則可能多由中等規模的原行星盤演化而來。

這其中我們最關注的可能就是我們的太陽系是否具有某種特殊性。就目前來看似乎確實比較特殊，因為“正序型”行星系極為稀少。

行星系布局除了與原行星盤的特點有關，還與后期行星系內部的動力學演化有關。許多氣體巨行星會遷徙到距離恒星很近的地方，成為“熱木星”；有些行星會相互碰撞；有些則會被甩出行星系，成為流浪行星。而“正序型”行星系是否是這種演化最不易導致的一種結果，是值得考慮的。

由于太陽系是迄今已知唯一存在生命的行星系，行星系的類型對于生命演化有著什么樣的意義也頗受關注。如果“正序型”行星系會提升生命出現的概率，而這類行星系數量又極少，那么生命在宇宙中的自然會變得更加稀有；如果所有類型的行星系都擁有平等的生命演化成功概率，那么生命應該遍布整個宇宙。當然實際情況有可能更為錯綜復雜。

系外行星的探測技術還在發展。也許我們只是暫時沒有發現那些目前看起來稀少的行星系，也許我們目前所發現的行星系中還存在著沒有發現的行星。真相究竟如何，相信一定會隨著越來越多的行星系被發現而浮出水面。

宇宙間的四種行星系。UniBe / NCCR PlantS / Tobias Stierli

參考
Four classes of planetary systems
https://nccr-planets.ch/blog/2023/02/14/four-classes-of-planetary-systems/
framework for the architecture of exoplanetary systems I. Four classes of planetary system architecture
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/02/aa43751-22/aa43751-22.html
framework for the architecture of exoplanetary systems II. Nature versus nurture: Emergent formation pathways of architecture classes
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/02/aa44705-22/aa44705-22.html