一百万年才过一次年，“一年”最长的行星

我们知道，地球绕太阳转上一圈就是一年。不同的行星绕太阳一圈的时间也不尽相同，所以每颗行星都有自己的“一年”。像水星这种距离太阳比较近，轨道比较小的行星，它的“一年”只有不到 88 天。（当然，这里的“天”是按地球上的一天来说的。）而像海王星这种距离太阳比较远的行星，它上面的“一年”则相当于 165 个地球年。如果把一些轨道偏心率极高的小行星也考虑进来的话，它们的“一年”会更加漫长。比如塞德娜（Sedna）这种海王星外天体，它的公转周期长达 11400 年，而小行星 2015 TG387 的公转周期更是超过了 3 万年！

然而太阳系终究还是太小了，在距离我们 36 光年的地方，有这么一颗行星（COCONUTS-2 b），它绕宿主恒星一圈需要漫长的 110 万年！

110 万年是个什么概念？如果地球是这颗行星的话，“去年”的这个时候这里还是直立人的天下，智人都还没有出现呢。而“明年”的这个时候，再经过一百万年的演化，不知道那个时候的人类又会进化到何种程度。

对地球上的大部分物种来说，一百万年是极其漫长的时间。它意味着我们再也感受不到季节的变化，此时的你我如同那些短命的昆虫一样“夏虫不可语冰” 。

之前说过，大部分的系外行星是通过凌星法和视向速度法发现的。这两种方法其实并没有看到行星，它们都是针对行星所属的恒星进行的观测。也就是先确定了目标恒星，再从它身上寻找行星存在的踪迹。即便是直接成像法，大部分情况下也要先确定恒星，再用星冕仪把恒星光给遮住，然后再看周围有没有行星。

但是这颗行星呢，它是直接被宽视场红外巡天卫星探测到的。这意味着，除了光线比较弱以外，这颗行星和周围的恒星没有太大区别，因此当时的人们还并不知道它是一颗行星。

虽然单从能量看，这颗行星的能量输出比太阳这种恒星弱一百万倍以上，但是能直接被红外线捕捉到，说明与别的系外行星相比它还是有些不一样的地方。比如首先它距离我们比较近，只有 36 光年。

可是比邻星 b 才 4 光年，也要靠视向速度法才能发现，这 36 光年都能直接看到，合理吗？

这就说到了第二点，就是它足够大，不然也不可能有那么多光辐射出来，对吧？经测算，这是一颗大小与木星相当，但是有着 6.4 倍木星质量的气态巨行星。因此当时天文学家认为它可能是一个孤立的星际天体，比如一颗次褐矮星。

然而 2021 年，夏威夷大学的研究人员发现，这颗野生的次褐矮星似乎与另外一颗恒星（COCONUTS-2 A）存在着引力关系。

那是一颗质量、半径都只有太阳 1/3 的 M 型矮星（红矮星），年龄在 1.5~8 亿年之间，算是比较年轻的。这两个天体之间存在引力关系，说明它俩要么是一个恒星 + 行星的行星系统，要么是一个一大一小组成的双星系统。不管是“母子”还是“伴侣”，总之这两个天体都有所属的“家庭”。只是这两个家庭成员长年分居两地，中间隔着六、七千个天文单位（足有 0.1 光年），以至于它们相互环绕一圈需要超过一百万年的时间。

距离远，再加上恒星不怎么亮，这使得对于这颗行星来说，在它上面实际看到的“太阳”甚至还不如一些星星亮。这意味着假如你来到了这颗行星上面，你会发现，这里压根没有白天黑夜之分，因为这里的“阳光”实在太微弱了。所以实际上你看到的将始终是漆黑一片的星空，所谓的“白天”只是天空中多了一颗红色的“星星”而已。

距离恒星如此之远，想必它表面的温度应该非常低吧？毕竟根本接收不了多少恒星辐射嘛。然而事实上，这颗行星的表面温度竟然高达 434K，也就是 160℃。相比之下，距离太阳只有 5 个天文单位的木星，表面温度只有零下一百多度。这是为什么呢？

首先，行星的质量肯定是一个关键原因。毕竟虽然有着木星的个头，但这颗行星体重却是后者的 6 倍，足以见得这颗行星的内心是多么的压力山大。在高压之下，内部自然可以产生更多的热量，所以表面温度高就不足为奇了。

其次，除了质量比较大外，行星的形成方式可能也是一个原因。鉴于这颗行星距离恒星这么远，研究人员认为，它可能并不是在恒星周围的原行星盘中形成的。因为如果是在恒星周围的星周盘形成，那么之后把它甩到这么远的地方，但又不能完全甩飞，这个力度实在难以把握，说白了就是概率太小了。因此天文学家认为，这颗行星当初可能经历了热启动。

什么是“热启动”呢？这个就说到行星的形成问题了。

传统的行星形成理论认为，形成于原行星盘的行星一般是通过吸积作用慢慢形成的。尘埃会先通过静电吸附形成小颗粒，然后在引力的作用下，这些小颗粒慢慢聚集成比较大块的物质，直至形成一个几倍地球质量的行星核心。之后这个核心再以吸积盘的方式把更多的气体汇聚在一起，这被称为“核心吸积”。核心吸积的过程十分漫长，形成一颗巨行星通常需要上千万年的积累。

但是对于热启动来说，整个过程就非常迅速了。在这种方式下，大量的气体和尘埃会由于星周盘的局部不稳定直接坍缩聚集在一起，最终形成一个巨大的天体。由于没有经历吸积盘那种缓慢的吸积过程，这种方式气体不会损失太多的熵，形成的行星可以具有更多的热量，因此该方式被称为行星的“热启动”。

热启动的能量来源主要有两个：一个是岩石中放射性元素衰变释放的热量；一个是坍缩过程中物质与行星表面撞击释放的引力势能。通过这种方式形成的行星，往往都是些巨大的气态巨行星，它们具有更大的个头和更高的温度。相比之下，核心吸积的方式则被称为“冷启动”。

虽然通过热启动方式形成的行星通常都是些气态巨行星，但是这个规律也不绝对。比如近些年来天文学家意识到，我们太阳系的矮星系冥王星或许就是以热启动的方式形成的。

目前天文学界认为，在如今冥王星厚厚的冰层下面应该存在着全球性的液态海洋。由于冥王星已经位于柯伊伯带，距离太阳十分遥远，所以先前人们认为，冥王星在形成之初就是一个非常冷的冰疙瘩。然后随着内部的热量释放，冥王星从一个“冰球”变成了一个“水球”。冰变成水，这意味着星球体积会发生收缩。之后随着时间的流逝，星球又逐渐冷却，于是之前的“水球”又再次被冻结成了“冰球”。水变冰，这又会导致星球体积再次膨胀。

但是问题是：在冥王星上我们只发现了“水变冰”的膨胀证据，但始终未能找到“冰变水”的收缩证据。于是研究人员尝试用“热启动”的模型来解释冥王星的这些特征，结果发现该模型与观测结果十分吻合。这说明冥王星当初可能是通过热启动的方式先快速形成了一个温度较高的“水球”，之后随着冷却，星球的表面逐渐开始结冰，如今只剩下了内部还存在着尚未冻结的海洋。这些无论是从冥王星地壳的断层结构，还是表面冰层的厚度以及内部海洋的存续时间，它们都为冥王星的热启动提供了部分证据。

不过无论是冷启动还是热启动，实际情况往往会比想象的更复杂。冷和热都是相对的，有些“冷启动”可能并不是那么的冷，有些“热启动”也可能并不是那么的热。另外，这两种行星形成方式在行星身上表现出来的差异，在行星形成的早期还较容易辨别，但是随着时间推移，经过千万年的演化，它们之间的差异也会越来越小直至消失。

参考资料：

• [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

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

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