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，但是有著 6.4 倍木星質(zhì)量的氣態(tài)巨行星。因此當時天文學(xué)家認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)家認為，這顆行星當初可能經(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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