失踪行星之谜

肖恩•雷蒙德

我要告诉你一个未解之谜：下落不明的特洛伊之谜。说到“特洛伊”这个词，你也许会想到神话传说中的那匹肚子里藏着士兵的特洛伊木马，或许你会想到南加利福尼亚大学的特洛伊人队（南加利福尼亚州大学的特洛伊人队是太平洋十校联盟中最强的队伍之一。之所以取这个名字，是因为南加利福尼亚州大学的校友都自称特洛伊人），或许你还会想到某种电脑病毒，或者你想到了安全套（“特洛伊”是美国一个知名安全套品牌）。但是请注意，我说的是“下落不明的特洛伊之谜”，而不是“特洛伊失踪案”。

我说的是另外一种“特洛伊”：那是一条轨道，几千颗小行星一窝蜂地聚在一起，与木星共享一个公转轨道，绕太阳运行。然而，不像我们的月球紧贴着地球绕太阳运行，它们并不靠近木星，而是聚成两团，其中一团在木星的前面，而另一团则在木星的后面。在前面的那一团被称作希腊小行星群，而尾随在木星后面的那一团被称作特洛伊小行星群，但是通常它们被合在一起，简称为木星的特洛伊小行星群（这些小行星中的很多都是以

特洛伊战争中神话人物的名字来命名的）。

木星的质量比地球大3 0 0倍，它的引力几乎清空了小行星带。我们认为，小行星带曾经拥有的物质总量可能是现在的1 0 0 0倍。那么，这些特洛伊小行星是如何在一个离气体巨星如此近的地方幸存下来，而且依然保持稳定轨道的呢？

说起来，这是很久以前的事了。早在1 7 2 2年法国数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日就已经计算出来了：如果我们把一颗行星围绕恒星公转的轨道可视化，就会发现这条轨道上有一些特殊的点，在这些点上，可能有其他天体以与该行星相同的速度围绕恒星公转。这些点被称为拉格朗日点，总共有5个，分别被命名为L1至L5。

只有两个拉格朗日点是稳定的：L4和L5。位于这两个点或靠近这两个点的天体能够很“幸福地”围绕着太阳运行，它们与太阳的连线和木星与太阳的连线保持着大约6 0°的夹角。更准确地说，这些“多出来”的天体其实是围绕着其所属的拉格朗日点，以大约2 0°的典型振幅在摆动；甚至还有一类被称为“马蹄铁形”轨道，大约在L4和L5之间运行。木星之所以拥有特洛伊小行星，只是因为在其L4和L5仍然能够保持稳定。在这个动荡的“汪洋大海”中，它们称得上是“安全岛”。如果小行星被均匀地“播撒”在内太阳系中，那么唯一能够在木星附近幸存下来的，就是这些特洛伊小行星了。

木星并不是太阳系内唯一拥有特洛伊小行星的行星。海王星（1 3个）、火星（7个）和天王星（1个）也拥有特洛伊小行星，甚至连地球也拥有1个！但是，出人意料的是，土星没有任何特洛伊小行星，很可能是因为在数百万年内，木星的引力破坏了土星的特洛伊小行星的稳定性。然而，尽管土星的“安全岛”已经沉没在了宇宙这片动荡的“汪洋大海”之中，土星的卫星却实实在在地拥有4个特洛伊小行星，金星也是一样。

让我们把特洛伊天体这个概念再向前延伸一步。陷入L4和L5这两个“安全岛”附近的，并不一定是“瘦小”的小行星，也可能是发育完全的行星！如果两颗行星处在相同的轨道，彼此呈6 0°角分开，它们就形成了一对特洛伊行星。

在人们试图了解系外行星是如何形成的时候，所进行的计算机模拟中会有规律地出现特洛伊行星。并不是每次模拟都会出现特洛伊行星，但是每模拟三四次，它的的确确就会突然出现一次。现在，许多已知的系外行星的公转轨道距离它们的恒星非常近，天文学家认为，这些行星中有很多是形成于离恒星更远的地方，然后在一种被称为轨道迁移的过程中，被推到了更为接近恒星的地方。而引发行星迁移的动力，正是来自孕育了行星的气体尘埃盘。正是在这一迁移过程中，邻近的行星可能会陷入特洛伊位形中。

因此，我们认为特洛伊行星应该真实存在，而且它们应该能够被人们现有的望远镜观测到！在这一方面，最好的工具就是开普勒空间望远镜，它是美国航空航天局专门用于寻找行星的、出色的空间望远镜。那么，开普勒空间望远镜发现了些什么？

呃，开普勒空间望远镜至今仍未发现任何特洛伊行星。虽然美国航空航天局曾经宣布过在一个名为KOI-7 3 0（现名为开普勒-2 2 3）的四行星系统中有两颗特洛伊行星，它们共享一个公转轨道，另外两颗行星中的一颗位于特洛伊行星的内侧，而一颗位于外侧。但遗憾的是，该系统后来被确认是另外一种不同的位形，其中没有特洛伊行星。唉，真是令人失望。

寻找系外特洛伊行星的工作已经持续好几年了，而且还在继续，但就目前来看，形势非常严峻。据推断，特洛伊行星是相对比较容易观测的，因此问题就出现了，它们怎么就不见了呢？有两种可能：第一，它们就在那儿，但是我们还没有发现；第二，根本就没有特洛伊行星。

有没有可能特洛伊行星比我们想象中更加难以发现呢？试想一下，两颗行星在相同的轨道上运行，发出频率相同的信号，那么就会使得这对行星看上去像是一片噪音。此外，存在于两颗特洛伊行星之间的引力拖拽，也会改变它们的信号相位。但是，这些知识现在我们已经掌握了，并且能够利用这一点，作为发现特洛伊行星的一种途径。

此外，特洛伊位形既有可能被行星的向内迁移破坏，也有可能因与其恒星太近、所受潮汐作用太强而遭到破坏。然而，这些破坏机制理应只影响到其中的一小部分。

我个人比较偏向这样一种理论。行星成群结队地内迁，通常包括成对的特洛伊行星。但是，当气体原行星盘消散后，这些迁移后的行星的轨道就乱了套。然后就是一个行星之间大碰撞的阶段，这个阶段既毁掉了成对的特洛伊行星，也重组了幸存者的轨道。这一模型与我们在系外行星数据集中看到的相吻合，因此令人倍感鼓舞。此外，行星偶尔的向内迁移并没有扰乱其轨道，根据这个模型推算，可能真的有一些成对的特洛伊行星在那里，并且我们能够预测出在哪里能够找到它们。当然，这只是一个模型，随着大量观测数据的涌现，我们将拭目以待，看它如何经受时间的考验。

肖恩·雷蒙德，天文学家，主要研究行星系统的形成和演化。