系外行星太奇葩，科学家被迫使出“十八般武艺”

太阳系的行星们

在我们的太阳系内，一共有8颗行星。

根据物质状态的分类，科学家们将水星、金星、地球和火星归类为岩石行星，它们都拥有固态表面；而木星、土星、天王星和海王星则被归类为气体行星，它们主要由氢和氦组成，并且没有固体表面。或者，木星和土星被归类为气体巨星，天王星和海王星归类为冰巨星，二者之间在内部结构和组成成分的比例上有所差别。

在此之前，科学家们认为太阳系内的行星代表了所有可能的行星种类。直到被发现的系外行星越来越多，科学家们才意识到我们对宇宙中的行星竟然知之甚少。

根据现在的行星形成模型，太阳系内首先形成的是太阳，通过对原始星云中的物质吸积而形成。在太阳形成后，八大行星才开始诞生。

那个时候，年轻的太阳非常狂暴，不断地释放着恐怖的辐射，将周围的物质吹走。在这个过程中，较轻的氢和氦更容易被吹走，于是在较远的地方形成了气体行星。而碳、硅甚至一些金属元素相对比较重，不容易被吹走，所以它们构成的岩石行星都非常靠近太阳。

这个理论看起来非常合理，但系外行星给我们打了一记响亮的耳光。

奇葩，全是奇葩！

迄今为止，科学家们已经确认发现了超过4000颗系外行星。其中有一类非常值得注意，它们的体积和质量都非常巨大，有的甚至远远超过木星。根据现有理论以及通过体积和质量计算出的密度来看，它们就是气体行星。但是，它们并不像木星那样离宿主恒星有几亿公里，而是非常靠近宿主恒星，甚至比太阳系最内侧的水星还近好几倍！

这种行星，被科学家称为热木星。类似的，科学家还发现了许多热海王星，也就是质量与海王星类似，同时也非常靠近宿主恒星的行星。

这让科学家们对现有的行星形成理论产生了怀疑，同时也在对系外行星进行分类的时候陷入了迷茫。目前来说，我们也只能简单粗暴地通过质量来给这些行星划分等级：类木行星、类海王星、超级地球、类地行星和亚地球行星。

这几类行星中，自然是和地球类似的岩石行星更受科学家关注，因为它们的质量和地球类似，比气体行星更有可能孕育生命，如果轨道类似于地球则更好。不过，对于这些岩石行星，我们仍然有一些不了解的地方。

气体行星？岩石行星？

对于一些超级地球来说，我们目前也无法完全确定它们的本质，在太阳系中，比地球小的都是岩石行星，比海王星大的都是气体行星，那么这些介于二者之间的超级地球到底是哪一种呢？

目前来说，科学家们也只能给出一个大概的数据。由于观测能力的限制，目前宇宙中几乎所有的系外行星都无法被我们直接观测，所以只能更多地通过统计学原理来进行约束。

根据现有的系外行星数据中，科学家发现最大的岩石行星和最小的气体行星之间，在半径这个数据上还是有一定差距的。现在普遍认为，半径大于地球1.6倍的行星就是气体行星，被称为迷你海王星，反之则是岩石行星。

（图片说明：系外行星按半径和温度的分布）

亚地球行星

而对于亚地球行星，也就是那些尺寸可能和火星（半径略大于地球1/2）甚至是水星（半径略大于地球的1/3）这么小的行星，我们的了解就更有限了，因为这么小的行星的确是非常难以被观测到。

我们曾经介绍过科学家寻找系外行星的方法，其中绝大部分都是通过一些间接的方法来发现。即便如此，如果系外行星太小，那么它对宿主恒星产生的各方面扰动都非常小，以至于就算用上了最先进的观测设备，科学家仍然无法发现它们。

那么，没有足够多现成的数据，目前的观测能力又相对有限，科学家该如何了解这些体格瘦弱的行星呢？

最近，来自多伦多大学的天文学和天体物理学系的武延庆教授等人的一项统计学研究，或许可以帮助我们了解这些有趣的天体。

统计学中的亚地球行星

在已经得到确认的四千多颗系外行星以外，还有大量可能是系外行星的特征等待科学家去确认。由于已经发现的亚地球行星太少，他们选择将这些候选系外行星也加入到自己这项统计中来。

（图片说明：像地球这么小的系外行星目前发现数量还非常少）

在选出来的大约4000颗系外行星中，他们忽略了其他所有的属性，只将它们的半径限制到了地球的4倍以内，公转周期的上限也定在了16天，宿主恒星也限制为G型主序星和K型主序星。通过这两个限制，他们最终获得了280颗系外行星的集合。这对于他们来说，已经足够做一些基础性的统计工作。

他们发现：这些系外行星的尺寸，遵循着幂律分布的规律。简单来说，随着体积的减小，行星的数量成一定指数级上升。其中，超级地球在半径为地球1.4倍时达到最高值，随着半径越来越小，行星数量也急剧下降；而亚地球行星在略小于地球半径时数量也达到最大。

在我们的太阳系内，小行星的大小也同样遵循着幂律分布的规律。目前的理论认为，当太阳和大的行星形成之后，原始星云中残留的一些物质会形成无数的小行星。由于这些亚地球行星的体积分布遵循着相似的规律，那么我们有理由相信，这些行星可能也像小行星一样是在大行星形成以后才出现的。

因此，该团队将这两种行星分别称为第一代行星（大行星）及第二代行星（亚地球岩石行星）。如果这个规律最终被证明有理论基础的支持，那么那些比地球大一些的超级地球为何比真的和地球不相上下的岩石行星多一些。因为，像地球这样的行星很可能是第二代行星，而星系内部的大部分物质可能在更早的时候就被超级地球霸占了。

在最后，研究人员也指出：毕竟本次统计中的样本还是相对比较少的，而且也参考了大量尚未得到最终确认的系外行星数据，因此需要未来更多的研究。但这样的研究非常有意义，包括地球在内的太阳系天体形成的秘密，就蕴藏在这样的研究之中。