新的研究证明，类似《星球大战》里“塔图因”那样的行星，不仅可以形成，甚至有可能相当普遍。图片来源：犹他大学。
沙漠星球“塔图因”（Tatooine）是电影《星球大战》里天行者卢克的家乡，那里可以看到两个落日，因为它绕着两颗恒星旋转。到目前为止，天文学家只发现过不适宜生存的气态巨行星绕着这样的双星旋转。还有许多科学家认为，岩石行星无法在那里形成。而现在，数学模拟显示，像“塔图因”这样的固态类地行星很可能是存在的，或许还相当普遍。
美国犹他大学的本·布罗姆利（Ben Bromley）和史密松天体物理台的斯科特·凯尼恩（Scott Kenyon）合作完成的这项研究总结说，“‘塔图因’式的日落或许很常见。”
“我们的主要结论是，除了双星附近的一小片区域以外，行星的形成过程跟单颗恒星周围没有什么两样。”他们在论文中写道，“在我们研究的情境中，双星周围的行星跟单颗恒星周围一样普遍。”
他们已经将这项研究的论文投给了《天体物理学报》（Astrophysical Journal）供同行评议，不过按照天体物理学领域的习惯，他们也将尚未评议的论文贴在了科学预印本网站 ArXiv 上。
这篇论文的标题是——《双星周围的行星形成：“塔图因”不难成形》，但这篇论文读起来可以一点儿都不容易：论文里满里数学公式，描述了星子能够以什么样的轨道环绕双星旋转。所谓星子，是指小行星大小的石块，它们聚集在一起构成了行星。
“我们用数学方法证明，环绕两颗恒星旋转可以像环绕一颗恒星一样平顺。”布罗姆利在谈及行星形成的最初步骤时说，“标题里的‘不难成形’实际上是说，在太阳周围适用的同样一套形成行星的方法，在‘塔图因’主星周围也仍然适用。”
这项研究由 NASA 的外行星项目资助，是布罗姆利和凯尼恩对矮行星冥王星（Pluto）及其主要卫星——冥卫一（Charon）做作研究的副产物。冥王星和冥卫一类似于一对双星，它们又被另外 4 颗卫星共同环绕。
“行星形成类似于灰团”
行星形成始于一颗年轻恒星周围旋转着的气体尘埃盘，“就像你床底下的积尘，逐渐聚集在一起，形成越来越大的灰团”。凯尼恩说，“当行星在双星周围形成时，双星会搅乱那些灰团，除非它们刚好在合适的轨道上旋转。”
科学家把这种轨道称为“最圆轨道”（most circular orbit），但实际上它们一点都不圆。布罗姆利说，它们整体上呈卵形，仔细看的话，还有无数小波浪在里面。他补充说，“这就是一条卵形波浪线”，是由两颗中央恒星周期性变化的引力导致的。
“十多年来，天体物理学家一直认为，类似地球的行星无法在大多数双星周围形成，至少不可能近到足以维持生命。”布罗姆利说，“问题的关键在于，星子必须相对温柔地合并在一起才能慢慢长大。在单颗恒星周围，星子倾向于沿着圆轨道运行，这些同心圆环并不会相互交叉。在这种情况下，星子相互靠近的话，它们就会温柔地合并在一起。”
但如果星子绕着一对双星旋转，“它们的轨道就会因为双星旋转时反复变化的引力而乱作一团，”布罗姆利说，“它们的轨道可能会相交，高速穿过彼此的轨道，从而发生破坏性的碰撞，而非并合在一起渐渐长大。”
布罗姆利说，之前的研究在考虑双星周围行星形成的时候，都是从圆形轨道入手的。而他们的新研究显示，“行星，在还很小的时候，会自然而然地选择那些卵形轨道，根本就不会遵循圆形轨道。如果这些星子在卵形轨道上运行，而非圆形轨道，它们的轨道就可以相互嵌套，彼此之间不会发生剧烈冲撞。它们能够找到行星可以成形的轨道。”
在这项新研究中，布罗姆利和凯尼恩从数学上证明，并且通过简单的计算机模拟证实，如果处在卵形的“最圆轨道”上的话，地球大小的岩石行星可以在双星周围形成。他们没有模拟到行星形成的那一刻，不过已经证明星子能够在长达数万年的时间内，在同心的卵形轨道上环绕双星旋转而不发生碰撞。
“我们的意思是，你可以为行星的形成打好基础，”布罗姆利说，“形成一颗类似地球的行星绕着一对双星旋转，就跟形成一颗行星绕着太阳这样的单颗恒星旋转一样容易。因此我们认为，‘塔图因’在宇宙中或许相当常见。”
开普勒和已知的外星行星
NASA 的开普勒空间望远镜（Kepler space telescope）已经发现了超过 1000 颗绕着其他恒星旋转的行星，包括一些处在所谓的宜居带内的岩石行星——这些行星距离它们围绕的恒星既不太近也不太远，温度刚好适宜我们所知的生命生存。
布罗姆利说，迄今为止，开普勒已经发现了 7 颗在宜居带内和宜居带附近绕着双星旋转的行星，不过它们都是气态巨行星。“开普勒目前发现的、绕着双星旋转的行星，都是海王星或者木星大小的气态巨行星，”他说，“目前还没有发现像我们地球这么小的岩石行星——或者说，我们尚未发现《星球大战》里的‘塔图因’星球。”
布罗姆利相信，开普勒尚未在双星周围找到类地行星的原因，只是因为与气态巨行星相比，类地行星实在太小了，“因此它很难被发现”。
尽管开普勒已经在距离双星更远的地方发现了其他气态巨行星，但那 7 颗行星为什么会出现在双星系统的宜居带内，一直存在许多争论。
这项新研究证明，它们有可能就是在那里由气体和尘埃形成的，用布罗姆利的话来说，这是“其他所有人都说是不可能的事情”。他对此也表示怀疑，因为这里似乎没有足够的气体和尘埃，供开普勒发现的气态巨行星在双星附近就地形成。这项研究还证明，气体和尘埃可以从其他地方移动到这里，因此气态巨行星能够在它们现在所处的位置上形成。
而主流理论先前主张，开普勒空间望远镜发现的这些气态巨行星，一定是在距离双星更偏远、更寒冷也更平静的太空中形成的，后来在双星系统周围气体盘的作用之下，或者受到另一颗更遥远气态巨行星的引力推搡，才迁移到了更靠近双星的地方。
不过，布罗姆利说，“类似地球的‘塔图因’星球，在维持生命所必须的区域就地形成，是完全没有问题的。”（编辑：Steed）
编译来源 美国犹他大学官网，Earthlike ‘Star Wars’ Tatooines may be common
相关文章
