我們知道，地球繞太陽轉(zhuǎn)上一圈就是一年。不同的行星繞太陽一圈的時間也不盡相同，所以每顆行星都有自己的“一年”。像水星這種距離太陽比較近，軌道比較小的行星，它的“一年”只有不到 88 天。（當(dāng)然，這里的“天”是按地球上的一天來說的。）而像海王星這種距離太陽比較遠的行星，它上面的“一年”則相當(dāng)于 165 個地球年。如果把一些軌道偏心率極高的小行星也考慮進來的話，它們的“一年”會更加漫長。比如塞德娜（Sedna）這種海王星外天體，它的公轉(zhuǎn)周期長達 11400 年，而小行星 2015 TG387 的公轉(zhuǎn)周期更是超過了 3 萬年！
然而太陽系終究還是太小了，在距離我們 36 光年的地方，有這么一顆行星（COCONUTS-2 b），它繞宿主恒星一圈需要漫長的 110 萬年！
110 萬年是個什么概念？如果地球是這顆行星的話，“去年”的這個時候這里還是直立人的天下，智人都還沒有出現(xiàn)呢。而“明年”的這個時候，再經(jīng)過一百萬年的演化，不知道那個時候的人類又會進化到何種程度。
對地球上的大部分物種來說，一百萬年是極其漫長的時間。它意味著我們再也感受不到季節(jié)的變化，此時的你我如同那些短命的昆蟲一樣“夏蟲不可語冰” 。
之前說過，大部分的系外行星是通過凌星法和視向速度法發(fā)現(xiàn)的。這兩種方法其實并沒有看到行星，它們都是針對行星所屬的恒星進行的觀測。也就是先確定了目標(biāo)恒星，再從它身上尋找行星存在的蹤跡。即便是直接成像法，大部分情況下也要先確定恒星，再用星冕儀把恒星光給遮住，然后再看周圍有沒有行星。
但是這顆行星呢，它是直接被寬視場紅外巡天衛(wèi)星探測到的。這意味著，除了光線比較弱以外，這顆行星和周圍的恒星沒有太大區(qū)別，因此當(dāng)時的人們還并不知道它是一顆行星。
雖然單從能量看，這顆行星的能量輸出比太陽這種恒星弱一百萬倍以上，但是能直接被紅外線捕捉到，說明與別的系外行星相比它還是有些不一樣的地方。比如首先它距離我們比較近，只有 36 光年。
可是比鄰星 b 才 4 光年，也要靠視向速度法才能發(fā)現(xiàn)，這 36 光年都能直接看到，合理嗎？
這就說到了第二點，就是它足夠大，不然也不可能有那么多光輻射出來，對吧？經(jīng)測算，這是一顆大小與木星相當(dāng)，但是有著 6.4 倍木星質(zhì)量的氣態(tài)巨行星。因此當(dāng)時天文學(xué)家認(rèn)為它可能是一個孤立的星際天體，比如一顆次褐矮星。
然而 2021 年，夏威夷大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，這顆野生的次褐矮星似乎與另外一顆恒星（COCONUTS-2 A）存在著引力關(guān)系。
那是一顆質(zhì)量、半徑都只有太陽 1/3 的 M 型矮星（紅矮星），年齡在 1.5~8 億年之間，算是比較年輕的。這兩個天體之間存在引力關(guān)系，說明它倆要么是一個恒星 + 行星的行星系統(tǒng)，要么是一個一大一小組成的雙星系統(tǒng)。不管是“母子”還是“伴侶”，總之這兩個天體都有所屬的“家庭”。只是這兩個家庭成員長年分居兩地，中間隔著六、七千個天文單位（足有 0.1 光年），以至于它們相互環(huán)繞一圈需要超過一百萬年的時間。
距離遠，再加上恒星不怎么亮，這使得對于這顆行星來說，在它上面實際看到的“太陽”甚至還不如一些星星亮。這意味著假如你來到了這顆行星上面，你會發(fā)現(xiàn)，這里壓根沒有白天黑夜之分，因為這里的“陽光”實在太微弱了。所以實際上你看到的將始終是漆黑一片的星空，所謂的“白天”只是天空中多了一顆紅色的“星星”而已。
距離恒星如此之遠，想必它表面的溫度應(yīng)該非常低吧？畢竟根本接收不了多少恒星輻射嘛。然而事實上，這顆行星的表面溫度竟然高達 434K，也就是 160℃。相比之下，距離太陽只有 5 個天文單位的木星，表面溫度只有零下一百多度。這是為什么呢？
首先，行星的質(zhì)量肯定是一個關(guān)鍵原因。畢竟雖然有著木星的個頭，但這顆行星體重卻是后者的 6 倍，足以見得這顆行星的內(nèi)心是多么的壓力山大。在高壓之下，內(nèi)部自然可以產(chǎn)生更多的熱量，所以表面溫度高就不足為奇了。
其次，除了質(zhì)量比較大外，行星的形成方式可能也是一個原因。鑒于這顆行星距離恒星這么遠，研究人員認(rèn)為，它可能并不是在恒星周圍的原行星盤中形成的。因為如果是在恒星周圍的星周盤形成，那么之后把它甩到這么遠的地方，但又不能完全甩飛，這個力度實在難以把握，說白了就是概率太小了。因此天文學(xué)家認(rèn)為，這顆行星當(dāng)初可能經(jīng)歷了熱啟動。
什么是“熱啟動”呢？這個就說到行星的形成問題了。
傳統(tǒng)的行星形成理論認(rèn)為，形成于原行星盤的行星一般是通過吸積作用慢慢形成的。塵埃會先通過靜電吸附形成小顆粒，然后在引力的作用下，這些小顆粒慢慢聚集成比較大塊的物質(zhì)，直至形成一個幾倍地球質(zhì)量的行星核心。之后這個核心再以吸積盤的方式把更多的氣體匯聚在一起，這被稱為“核心吸積”。核心吸積的過程十分漫長，形成一顆巨行星通常需要上千萬年的積累。
但是對于熱啟動來說，整個過程就非常迅速了。在這種方式下，大量的氣體和塵埃會由于星周盤的局部不穩(wěn)定直接坍縮聚集在一起，最終形成一個巨大的天體。由于沒有經(jīng)歷吸積盤那種緩慢的吸積過程，這種方式氣體不會損失太多的熵，形成的行星可以具有更多的熱量，因此該方式被稱為行星的“熱啟動”。
熱啟動的能量來源主要有兩個：一個是巖石中放射性元素衰變釋放的熱量；一個是坍縮過程中物質(zhì)與行星表面撞擊釋放的引力勢能。通過這種方式形成的行星，往往都是些巨大的氣態(tài)巨行星，它們具有更大的個頭和更高的溫度。相比之下，核心吸積的方式則被稱為“冷啟動”。
雖然通過熱啟動方式形成的行星通常都是些氣態(tài)巨行星，但是這個規(guī)律也不絕對。比如近些年來天文學(xué)家意識到，我們太陽系的矮星系冥王星或許就是以熱啟動的方式形成的。
目前天文學(xué)界認(rèn)為，在如今冥王星厚厚的冰層下面應(yīng)該存在著全球性的液態(tài)海洋。由于冥王星已經(jīng)位于柯伊伯帶，距離太陽十分遙遠，所以先前人們認(rèn)為，冥王星在形成之初就是一個非常冷的冰疙瘩。然后隨著內(nèi)部的熱量釋放，冥王星從一個“冰球”變成了一個“水球”。冰變成水，這意味著星球體積會發(fā)生收縮。之后隨著時間的流逝，星球又逐漸冷卻，于是之前的“水球”又再次被凍結(jié)成了“冰球”。水變冰，這又會導(dǎo)致星球體積再次膨脹。
但是問題是：在冥王星上我們只發(fā)現(xiàn)了“水變冰”的膨脹證據(jù)，但始終未能找到“冰變水”的收縮證據(jù)。于是研究人員嘗試用“熱啟動”的模型來解釋冥王星的這些特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該模型與觀測結(jié)果十分吻合。這說明冥王星當(dāng)初可能是通過熱啟動的方式先快速形成了一個溫度較高的“水球”，之后隨著冷卻，星球的表面逐漸開始結(jié)冰，如今只剩下了內(nèi)部還存在著尚未凍結(jié)的海洋。這些無論是從冥王星地殼的斷層結(jié)構(gòu)，還是表面冰層的厚度以及內(nèi)部海洋的存續(xù)時間，它們都為冥王星的熱啟動提供了部分證據(jù)。
不過無論是冷啟動還是熱啟動，實際情況往往會比想象的更復(fù)雜。冷和熱都是相對的，有些“冷啟動”可能并不是那么的冷，有些“熱啟動”也可能并不是那么的熱。另外，這兩種行星形成方式在行星身上表現(xiàn)出來的差異，在行星形成的早期還較容易辨別，但是隨著時間推移，經(jīng)過千萬年的演化，它們之間的差異也會越來越小直至消失。
參考資料：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/(308933)_2006_SQ372
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/COCONUTS-2b
[3] https://exoplanet.eu/catalog/coconuts_2_b--7920/
[4] https://www.hawaii.edu/news/2021/07/27/massive-coconuts-exoplanet-discovery-uh-grad-student/
[5] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac1123
[6] https://beyondearthlyskies.blogspot.com/2014/08/giant-planet-formation-cold-start-vs.html
[7] https://www.nature.com/articles/s41561-020-0595-0
本文來自微信公眾號：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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