【會下金屬雨的地獄星球】
科學家們發現宇宙中充滿了外星行星，它們無處不在。這些外星行星有熾熱的世界、有劇烈碰撞的世界、還有被恆星吞噬的世界。
外星的世界比我們想象的要多得多，系外行星正在改寫行星的定義。甚至有些行星是如何存在的還是個謎，它們似乎違背了物理定律。外星世界挑戰着科學家們對行星系理解的。
科學家們發現的外星世界越多，它們就越奇怪。它們的行為完全不像我們在太陽系中看到的那樣。
科學家們把太陽系外的外星世界形象地稱之為宇宙中狂野的西部世界，在這些地方，瘋狂的事情正在發生，完全不受控制。
有一個外星世界非常地引人注目，它是一個來自地獄的星球。當科學家們檢查這顆行星的大氣層時，發現了液態鐵。
鐵被加熱非常高的溫度，然後被蒸發，最後像雨一樣從天而降。
這顆行星被科學家們命名為：WASP-76b。它距地球640光年，位於雙魚座。
為什麼這顆行星，比太陽系中的行星更極端呢？
起初，這顆行星看起來沒什麼特別的。WASP-76b繞着像我們的太陽一樣恆星運轉，它是一顆氣態巨行星，有點像我們太陽系中的木星。
但它的位置有很大的不同，它並不在恆星系的外圍，而是在離恆星非常非常近的地方。木星離太陽近5億英里，但WASP-76b離它的恆星只有300萬英里。這就是它成為熱木星的原因。
WASP-76b想象圖
WASP-76b 上的溫度超過2200攝氏度，創造了宇宙中最極端的環境之一。
由於WASP-76b離它的主恆星非常近，所以恆星的引力會緊緊地抓住行星，隨着時間的推移，自轉的速度就會放慢，最後就會被鎖定，使它的一面始終朝向恆星。這種引力作用被稱為潮汐鎖定。
潮汐鎖定，筆者在之前的科普文已經不止一次提到了。事實上我們已經習慣了潮汐鎖定，因為我們的月球——我們只能看到月球的一面，月球的背面持續面對着太空。
潮汐鎖住行星是有後果的，而且並不是所有的後果都是好的。這可能會造成一些非常極端的天氣條件，白天的一面非常熱，而晚上的一面非常冷。
2020年，科學家們仔細觀察了星球白天和黑夜之間的大氣層。這個模糊地帶有大量的雨水，但在這裡，雨水是熔融的鐵。
也就是說，這個星球正在下着鐵水雨。科幻小說家似乎也寫不出這樣的場景。真實的大自然比我們能想到的任何東西都要瘋狂。
那麼既然有鐵水雨，那麼肯定就有汽化的鐵。事實上，大多數物質可以以不同的狀態存在。比如“水”，當是冰的時候，它就是固體；把冰加熱后，它會變成水，水就是液體狀態；然後如果再加熱，它會變成蒸汽，就像從水壺裡出來的一樣，此時它就是氣體。
每一種化學元素都是如此，所以對於鐵來說，如果進一步加熱它，它就會變成氣體，所以在這個星球上，真的可以看到鐵蒸汽雲。隨着溫度下降，就會凝結成鐵液並形成鐵水雨。
噩夢般的天氣狀況是WASP-76b接近其恆星的直接結果。
WASP-76b除了會下鐵水雨，還有極端的風暴。由於WASP-76b被其主星潮汐鎖定，所以它的白天一面被恆星持續烘烤，溫度超過2200攝氏度。但這顆行星的背面溫度相對較低，1500攝氏度。
這種溫差形成了壯觀的氣流，導致WASP-76b上的風速超過了音速，以每小時數千英里的速度飛行。
這種風能夠把鐵蒸汽雲吹到星球夜晚的一面，在那裡，鐵蒸汽將經歷戲劇性的變化。那裡溫度更低，不能以氣體的形式存在，所以它會凝結成液體，然後像雨一樣落下。
【泡芙行星】
會下鐵水雨的星球的確是非常怪異的，事實上像這樣的“熱木星”在外恆星系非常多見。
但科學家發現了另一種怪異的星球。這種星球簡直讓科學家們“懷疑人生”。
2012年，科學家們發現了三顆氣體巨行星圍繞着一顆類似太陽的恆星運行。這顆恆星命名為“開普勒-51”，位於天鵝座，距離我們2615光年。
起初，科學家們認為這些行星似乎與木星沒有什麼區別。然後，在2019年，科學家們進行了近距離觀察。
由於開普勒-51是一顆類日恆星，所以科學家們期望找到類地行星。當然科學家們也已經習慣發現一些奇怪的行星了。
但當科學家們仔細觀察這三顆氣體巨行星時，才意識到他們發現真正奇怪的星球。科學家們甚至認為，這樣的星球不應該存在。
它們看起來像木星，但質量卻只有地球的幾倍。這些行星的密度只有水的1/10！簡直輕得不可思議。於是科學家們把它們形象地稱為“泡芙行星”。
泡芙行星們
這些超級泡芙行星是由氦和氫組成，就像木星一樣。但與木星不同的是，超級氣團中的氣體並不密集地聚集在一起，它很鬆散，形成了又大又蓬鬆的球。所以即使它們和木星一樣大，它們的質量也只有木星的1%。
所以這些泡芙行星非常非常蓬鬆，它是由一種輕盈的像雪一樣的密度的物質組成。這些行星的極低質量給行星科學家提出了一個問題：這些超級泡芙的世界是如何存在的？
像木星這樣的氣態巨行星，其核心是冰和岩石。木星的地核不斷膨脹，直到產生足夠的引力來吸收氣體，形成了一個近2000英里深的大氣層。
超級泡芙行星也是這樣形成的嗎？僅僅根據目前科學家們對行星形成的了解，這些行星是如何形成的還是一個謎。
有這麼輕的天體是一件很不尋常的事情，因為科學家們認識的行星通常不是這樣形成的。
目前科學家們對這些超級泡芙行星是如何形成的，有了一個理論。
今天我們看到的這三顆行星相對靠近它們的母恆星。但考慮到它們的組成，它們很可能在更遠的地方形成，即在雪線以外的地方。氣體行星只在雪線外形成，遠離恆星，那裡的氣體會聚集在一起，這樣就能夠抓住大量的氫和氦，並建立一個大氣層。
在雪線以外水凝結成固體，這一過程大大促進了微小行星的形成。這些冰冷的星子推動了氣體巨行星的快速成長。
超級泡芙形成於比木星更遠的地方，在一個更冷的區域。與木星相比超級泡芙的核心相對較小。但因為它們是在這個更冷的區域形成的，它們仍然吸收了大量的氫和氦，最終就會形成一個體積很大但密度很低，質量很低的天體。
這些行星在大約5億年的時間裡一直在變大。在變大的同時，它們也在移動。它們的母恆星的引力可以把這些行星拉得更近。所以我們可以看到超級泡芙的“行星鏈”，就像火車上的車廂一樣。
它們離恆星越近，撞擊超級泡芙行星的恆星風就越多，星風吹散了蓬鬆的大氣，這個過程叫做光蒸發。
這種光蒸發的過程導致這些行星失去它們的大氣，大約每秒鐘失去數十億噸的大氣。所以這些超級泡芙就像繞軌道飛行的蒲公英，然後被風吹走了。
科學家們預測，在接下來的45億年裡，一顆離恆星最近的超級泡芙行星將失去所有的大氣層，只留下一顆半徑小於海王星的行星。另外兩顆超級泡芙行星可能將毫髮無損地逃脫。
【水世界行星】
現代科技讓科學家們迅速地發現各種各樣奇怪的世界，也找到了一些熟悉的東西。儘管科學家們挖掘了這多的寶藏，但令科學家們沮喪的是，一直沒有找到任何與我們的星球有點相似的星球。
找到一個類似地球的行星，並且能適合生命生存的系外行星，需要非常大的運氣。篩選這些系外行星，尋找適合生命生存的星球就像是手機上的“星際約會應用程序”。
如果星球有鐵水雨，那絕對是不可能！看到有毒的大氣，滑走！看到紅巨星，滑走！大氣層太熱、太冷、太厚，不行不行！沒有紫外線，不不不！
最後，一個星球都沒有！科學家們無法在“星際約會應用程序”中找到心儀的“對象”。
在尋找生命的過程中，有一個基本的要素是所有科學家們都認同的，那就是“跟着水走”。
現在科學家們已經知道很多星球都有水。在之前筆者的科普文中也提到過，太陽系中不止在宜居帶中有水的存在，木星、土星的一些衛星上有水；冥王星上有水；甚至最靠近的太陽的水星上都有水。
2019年的一項研究表明，銀河系中可能有許多世界存在水，水的數量是地球的數千倍。這些行星中有許多比海王星稍小一些，科學家們稱它們為亞海王星。
科學家們發現的這些亞海王星是比海王星小但比地球大的行星，它們並不像我們以前見過的任何行星。
在蛇夫座，科學家們就發現了一顆距離地球40光年的這樣的行星。這顆行星命名為：GJ 1214 b，但科學家們給這顆行星起了個綽號“水世界”。
GJ 1214 b想象圖
那麼生命能在太多的水世界中存在嗎？
到目前為止，科學家們還不太確定GJ 1214 b長什麼樣。儘管地球被稱為藍色星球，但它的質量中只有0.05%是水。而GJ 1214 b的質量中有70%可能是水。
這顆行星被認為有一個岩石內核，有奇怪的海洋和由水蒸氣組成的熱氣騰騰的大氣層。可以說這顆行星除了水什麼都沒有。
與地球不同，GJ 1214 b很可能沒有複雜的水和陸地塊的排列。如果沒有了穩定的陸地板塊和健康、長期穩定的海洋。陸地與海洋之間就缺乏相互作用。
科學家們認為生命起源於海洋，但它需要從岩石中獲取化學物質才能開啟生命。如果沒有陸地和海洋的相互作用，生命可能就不會進化。
gj1214 b上不僅沒有陸海關係，這裡的進化還可能以另一種方式受到限制。地球上的海洋被海底幾千英尺深的深海熱泉注入的化學物質所填充。而GJ 1214 b的海底有幾千英里深，在這非常深的海洋的底部有非常高的壓力。
當上面有很多水時，太陽輻射或陽光完全被阻擋。所以GJ 1214 b的海底溫度很低，甚至水可能是以冰的形式存在。
地球上大部分的冰都被稱為“冰一號”，當冰受到越來越大的壓力時，它的分類數量就會增加。科學家們認為GJ 1214 b上的冰是“冰七號”。
這種冰存在於土衛二和木衛二等衛星上。在GJ 1214 b上科學家們相信冰七號會封閉海床阻止岩石內核中潛在的營養物質進入海洋。
生命的確需要水，但可能太多也不好，我們需要找到數量剛剛好的水和陸地供生命進化的星球。
GJ 1214 b看起來是個死胡同，但搜尋仍在繼續……
【超級衛星】
隨着科學家們繼續探索宇宙，發現了一個充滿希望的遙遠天體，一顆衛星。
但這顆系外衛星是個怪物，它比地球大四倍。那麼它是怎麼變得這麼大的呢？
每次科學家們發現新的恆星和它們奇特的世界，都必須重新思考我們自己的行星系統的規則。
科學家們一直以為理解所發生的事情，然後宇宙卻用一些完全不同的東西帶來驚喜。
雖然現在科學家們已經找到了五千多顆系外行星，但一直沒有發現系外衛星。
我們的太陽系充滿了衛星，幾乎所有的行星都有衛星環繞。地球是唯一一顆只有一個衛星的行星。
所以衛星對行星來說是很尋常的。但為什麼看不到系外衛星呢？
天文學家發現系外行星時，它們正在一顆恆星的前面經過，這被稱為“凌星”。
在凌星發生的時候，恆星發出的光線會產生一個下降或擺動。但衛星帶來了一個問題，它們非常小，所以很難發現。即使找到了一個也得非常幸運了。
2017年10月，天文學家近距離觀察了一顆8000光年外的恆星。當一顆木星大小的系外行星經過這顆恆星前面時，光線減弱了。
然後，3.5小時后，他們看到光線再次下降，有證據表明當這顆行星穿過恆星時，擋住了恆星的一點光，同時有另一個大物體繞着這顆行星旋轉。
這顆名為開普勒-1625b的行星似乎有一個伴星圍繞它運行。通過觀察來自星系的光以及它是如何變化的。天文學家認為他們發現了第一顆系外衛星。
這個被稱為開普勒-1625b I的系外衛星造成了明顯的光線下降。當科學家們分析這個潛在的衛星所產生的信號時，認為它一定是由一個四倍於地球寬度的天體所產生的，也就是像海王星那麼大的天體。
而在我們的太陽系中並沒有海王星那麼大的衛星。海王星大小的天體是行星而不是衛星。海王星和類似質量的行星都是由冰和氣體組成的巨行星。
我們太陽系的衛星沒有這種成分，他們都是固體。所以就在科學家們以為已經了解了衛星及其工作原理的時候，現在一顆系外衛星來告訴科學家們不要這麼快下結論。
開普勒-1625b及其衛星開普勒-1625b I示意圖
目前科學家認為衛星的形成方式有兩種：一種方式，首先是一個岩石世界，有東西進來撞擊它，撞擊它的東西，加上從那個世界噴射出來的碎片，然後形成一個新衛星，科學家們認為月球就是這樣形成的；
另一種，當行星形成的時候，有一團巨大的塵霧在它周圍旋轉着，與行星同時由塵霧形成的衛星。
但繞開普勒-1625b軌道運行的衛星可能是通過另一種方式形成的。系外衛星並不一定要像我們在木星或土星周圍看到的那樣，在行星本身周圍形成。
有可能，有一顆流浪行星在一顆更大的行星附近徘徊，它被捕獲，變成了一顆衛星。也許在數十億年前開普勒-1625b的行星內核在一個由氣體和塵埃組成的圓盤中形成，但它並不孤獨，附近還有另一顆原行星。
這有點像雙胞胎，每個雙胞胎都會在子宮裡爭奪自己的資源。這裡也發生了類似的事情，這是一場爭奪資源的戰爭。開普勒-1625b比它的孿生兄弟捕獲了更多的氣體和塵埃，並且越來越大。
這顆巨大的系外行星，慢慢地把它的小姐妹拉得更近，最終把它拉進了自己的軌道。於是較小的原行星變成了開普勒-1625b的衛星。
系外行星教會科學家們的一件事情，就是我們宇宙中的系統是如何演化的我們還一無所知。所以這是完全可行的——有一個非常大的海王星大小的衛星圍繞着一個宿主行星。只是科學家們需要更多的證據。
科學家們相信，當新技術上線時這些證據將會被發現。
【消失的行星】
有時候天文學家會發現一些非常怪異的現象，甚至讓他們懷疑自己儀器是否出了問題。
十多年前，哈勃望遠鏡發現了一顆圍繞“北落師門星”運行的行星——北落師門b。北落師門星是夜空中最亮的恆星之一。
這顆恆星是一顆非常近，非常年輕的恆星。如果觀察這顆恆星，會發現中央恆星被一個明亮的環包圍着，看起來就像索倫之眼。
北落師門星與北落師門b
6年之後，當科學家們再次觀察這顆恆星時，奇怪的事情發生了。突然間，行星不在那裡了。這顆行星去了哪裡？它竟然突然消失了！
2019年10月，天文學家通過觀察BD+20307來研究行星消失的想法。BD+20307是電影中出現過的一個恆星系統，就像《星球大戰》里塔圖因星球的標誌性圖像。
如果你站在BD+20307恆星系統的行星上，當你抬頭看時，天空中有兩顆恆星。在宇宙中，成對的恆星圍繞彼此運行比單獨恆星運行更常見。
那麼BD+20307有什麼不同之處呢？
與北落師門星一樣，這兩顆恆星同樣位於由氣體和塵埃組成的明亮圓盤內。但北落師門星是一個不到5億年的年輕系統，BD+20307則有10億年的歷史。
讓科學家們奇怪的是，圓盤中的物質非常古老，應該很久以前就形成了新的行星了。為什麼BD+20307還有圓盤？
塵埃環是年輕行星系統的特徵，當看到一個圓盤狀的物質圍繞着一顆更老的恆星，一顆超過10億年的恆星，這意味着什麼？
科學家們認為，一種可能性是行星間的碰撞。在這個系統中行星相撞，形成了我們現在看到的圓盤。
當觀察到一顆行星被摧毀，這告訴我們，在我們自己的太陽系中可能會發生什麼。我們一直認為，我們的行星在它們的軌道上非常穩定。但我們沒有意識到，在未來，這些軌道可能會與它們今天的軌道非常不同。
事實上，在太陽系存在的早期，我們的太陽系是一場充滿了多次碰撞的毀滅戰場。像我們這樣的岩石行星就是這樣形成的。
那時候，太陽系裡並不是只有八到九顆行星，而是有成百上千個行星。它們在不停地相互碰撞，相互影響，最終形成了我們今天看到的行星。現在我們的太陽系形成了一個良好的、有規則的布局。
但當看到BD+20307這樣奇怪的恆星系統，開始讓科學家們質疑這種說法。
天文學家從研究其他恆星周圍的行星中得到的一個非常有價值的教訓：行星並不一定會一直停留在太陽系中它們所在的位置。隨着時間的推移，太陽系中行星的軌道會慢慢改變。這些軌道波動的影響可能會粉碎我們的宇宙鄰居。
這種可能性很小，但數十億年後，水星可能會因為與木星的引力作用而脫離軌道。這一行動將使水星走上一條決定性的道路。我們太陽系的未來，水星可能會與地球相撞。這方面的詳細內容詳見筆者之前的科普文：《水星的神秘歷史：竟然真的有水！而且很多》
這實際上是一個警鐘，讓科學家們對太陽系運行方式的理解產生了一次轉變。對其他恆星系的研究讓科學家們看到了行星有多脆弱。在一個行星系中，事情隨時都可能發生變化。可能在某一天看到一顆行星在它的軌道上，然後，砰的一聲，它就可能遭受真正的大碰撞。
所以北落師門b系統的情況也是如此嗎？只能說是一種猜測，有可能是這個情況。
2020年4月，亞利桑那大學的天文學家提出了一個關於北落師門星的新理論：那顆北落師門b行星可能從一開始就不存在。實際上是兩個被稱為星子的更小天體之間的碰撞，而不是科學家們認為在環內捕捉到的行星。
星子是早期的行星，直徑從幾英里到幾百英里不等。它們撞在一起形成了巨大的塵埃雲，然後就會被哈勃所捕捉到。而我們看到的只是一個明亮的光點，看起來像一個行星。也就是說，科學家們觀察到是只是一個過程，是恆星系成長和誕生的一部分方式。
【裝死的行星】
我們的太陽是一顆中等大小的恆星，它已經燃燒了45億多年。我們的地球一直在離太陽相當近的軌道上運行。一切都很穩定，它很安全。但45億年後，還會是這樣嗎？
事實上，這顆照顧了我們幾十億年的恆星，它要毀滅我們。經過數十億年的光和熱，太陽的氫燃料耗盡，核心變得不穩定並收縮。
核心引力把一切都拉向中心，然後是反彈。然後在太陽周圍形成一個巨大的氣體包層。外層氣體向外噴發並膨脹，隨着氣體包層變大，表面溫度降至1萬華氏度以下。
此時的太陽進入生命的晚期，它是巨大的、膨脹的紅巨星。當它膨脹時，它會向外擴張，很可能會吞噬一些圍繞太陽運行的行星。
雖然太陽的表面冷卻了，但溫度仍然超過4500攝氏度。所以如果太陽膨脹到地球的軌道範圍，我們都會被烤熟。
科學家們在尋找系行星時，發現系外行星HD 203949 b就在這個區域內運行。那麼這個星球完蛋了嗎？
恆星HD 203949與行星 HD 203949b
2019年9月，科學家們用一種叫做天文地震學的技術，近距離觀察這顆威脅星球的紅巨星。
天文地震學測量的是恆星的振動，應用到這些恆星上的天文地震學是一種非常有用的方法。可以獲得比我們通常僅通過觀察它們的亮度或溫度獲得更多信息。
恆星內部的振動是來回的，科學家們可以通過監測表面來觀察。當這些恆星進入紅巨星階段時，會發生的一件事，就是它們開始像鈴鐺一樣響。
當科學家們聽到這些恆星的鳴響時，它實際上為科學家們提供了關於任何恆星的最精確信息。
科學家們可以測量它們的質量，它們的半徑以及它們的密度。比其他任何恆星都要精確得多。
紅巨星的振動揭示了一些非常驚人的現象。當科學家分析恆星HD 203949的環繞方式時，意識到它實際上比通過其他方法確定的質量要小。
這告訴科學家們，這顆恆星可能已經經歷了紅巨星階段。即今天看到的恆星比很久以前看到的應該要小一些。這顆恆星失去了一些外層並開始收縮。
如果這顆恆星已經經歷了它的紅巨星階段，並再次收縮，這意味着在某一點上，它比那顆行星的軌道還要大。
如果行星HD 203949 b曾經在紅巨星的膨脹區域內，那麼它應該已經被摧毀了。但不知何故，它依然完好無損，它是從死亡中逃脫的倖存者。
那麼該如何解釋這種逃跑行為呢？是否是這顆行星改變了它的軌道位置從而躲過了死亡？或者HD 203949 b根本就不在致命區域，也許這顆行星最初是在更遠的地方形成的，在紅巨星階段完成後遷移進來。
也許一些從恆星脫落的氣體雲到達了行星，這種氣體將行星拖拽使其軌道變慢，在恆星達到最大尺寸后，行星逐漸向內遷移。然後這個恆星系逐漸發展到我們今天所看到樣子。
不過，無論HD 203949 b是什麼原因還運行在HD 203949的周圍，但它的未來並不光明。
雖然HD 203949還會擁有它的恆星，但已經不再和原來一樣了。它的恆星將縮小成一顆涼爽昏暗的白矮星，HD 203949將會是寒冷和黑暗的世界。
我們地球的未來也會這個樣子，當然，這會在50億年後才會發生。與此同時，我們可以慶幸自己生活在地球上，而不是生活在科學家們在銀河系中發現的那些奇怪的外星世界中。
科學家們發現的系外行星越多，我們就越意識到自己有多幸運。科學家們看到的行星不是太大，就是太小；大氣層不是太厚就是太薄；恆星不是太近就是太遠；水不是太少就是太多。而我們地球上的一切都剛剛好。
系外行星推動和延伸了行星科學的邊界，科學家們發現的每一個新世界都擴展了我們的知識，讓我們更接近地了解我們在宇宙中的位置。
如果我們能理解行星是如何形成的為什麼它們會以這種方式形成，以及它們是如何進化的。那麼我們就能更好地了解我們的過去、現在和未來。
隨着科學家們發現越來越多這樣的行星，我們將對我們自己的太陽系和我們在這個大家庭中的位置有更多的了解。
雖然科學家們發現的外星世界有多麼千奇百怪，但如果他們在外星世界找到的只是一個個的“太陽系”，那又該是有多無聊呢？