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1、寻找逆行行星约翰约翰逊至今还记得自己发现第一头“蓝狮子”的那个夜晚，当时他正透过夏威夷岛的死火山莫纳克亚山巅的“昴星”望远镜观测天空。当晚早些时候，在他驱车经过碎石路到达山巅前，他的合作伙伴焦希维恩从马萨诸塞州打来电话，开玩笑地说：“发现逆行行星，就在今晚。”所谓逆行行星，是指在与母恒星自转方向相反的轨道上围绕母恒星公转的行星。太阳系里没有这样的行星，但包括约翰逊在内的少数几位天文学家，十分期待能在另一颗恒星周围发现逆行行星。身为美国加州理工学院科学家的约翰逊说：“（寻找逆行行星）就好比踏上撞见一头蓝狮子的狩猎远征。”蓝色的狮子当然很另类，恐怕永远都找不到，但自从1995年发现第一颗太阳系以外
2、的行星以来，大自然看来一直在向我们提供“绿斑马”、“橙犀牛”和“紫野牛”之类令人匪夷所思的东西。首先是“热木星”在比木星与太阳之间的距离近得多的轨道上环绕母恒星运行的行星。然后是肿胀的行星，其个头相对于其质量而言实在是过于庞大。质量比地球大、却又比海王星小的行星，在太阳系中是不存在的，而在太阳系以外并不鲜见。还有一些太阳系外的行星的公转轨道高度偏离正圆，在这一点上它们很像是太阳系里的彗星。约翰逊说：“当我们发现其他的恒星-行星系统时，没有人料到它们与我们的太阳系截然不同。”直到最近，与母恒星反着转的行星才被发现。少量小行星、海王星的卫星特里同（海卫一）及某些类型的星系也不按规则出牌（请参见相关
3、链接逆行卫星和逆行星系）。事实上，怪异的世界是如此之多，科学家现在开始意识到，行星和其他天体的生命可能比他们曾经认为的要复杂得多，我们所知的太阳系行星可能不过是“冰山一角”。逆行行星启发我们：还有很大一座“冰山”等待我们去发掘。我们也许最终会发现：像地球这样能在可居住地带内（与恒星的距离不远也不近汗蒸房 http:/，因而允许液态水的存在）稳定存在的岩石行星，实际上只是宇宙中的一个特例罢了。有关逆行行星的故事要从2005年讲起。当时约翰逊和维恩为太阳系外的行星系统所惊，于是把注意力集中于这些系统的一个尚未被测量过的基本特征，而这个特征或许会带来新的发现。这个特征就是行星轨道面与母恒星赤道之间的
4、夹角。在太阳系中，这个夹角平均只有7。也就是说，太阳系中所有行星都在太阳自转的方向上围绕太阳运转，行星的轨道面几乎与太阳的赤道重合。这被认为是太阳系的形成过程（从一团旋转的气体和尘埃云中形成）的一个直接后果。这团云在自身引力下坍缩，变成一个扁平的自旋盘。约翰逊说：“正因为太阳和太阳系行星聚合自以相同方向旋转的盘材料，所以太阳系行星最终的轨道面与太阳赤道同平面，公转方向与太阳自转方向一致。”但这就是故事的全部吗？约翰逊说：“考虑到太阳系外的行星一直在捉弄我们，我们也对自己可能发现有趣的东西而满怀信心。”在检查了9颗太阳系外的行星的轨道后，约翰逊和维恩发现其中8颗的轨道面与各自的母恒星的赤道完美重
5、叠，只有一颗的轨道面与母恒星的赤道有小小偏离。而此时，分配给他们利用莫纳克亚山上的“凯克”望远镜观测逆行行星的时间已不多。于是，他们又成功申请到相邻的“昴星”望远镜连续两晚的观测时间。然而，他们并非是寻找逆行行星的独行侠，因为来自英国大学联合团队“广角寻行星”（简称WASP）的一组科学家也在致力于找寻逆行行星。他们已发现了一颗近似逆行的行星，并把它命名为WASP-14，它的轨道偏离母恒星的赤道多达70。虽然WASP-14还算不上真正的逆行行星，但对约翰逊和维恩来说，它的发现暗示着还有更不同寻常的行星等待发现。在运用“昴星”望远镜的第一夜观测中，约翰逊通过探察来自恒星的光线的微妙变动，测量WAS
6、P-14的自旋定向。随着恒星自转，它的一面后退，来自这面的光线红移到较长的波长。与此相反，来自逐渐靠近的那一面的恒星光线蓝移。当行星从正前方经过母恒星时会阻挡一部分的恒星星光，科学家通过比较红移和蓝移光线变暗的时间，就能知道行星是顺着母恒星自转方向转还是反着转。运用这种技术，约翰逊把英国同行的70估计值修正为30，这算得上一个大偏差。第二晚，约翰逊观测了一颗被称为HAT-P-7的行星。这是一颗木星质量的行星，在大约300光年外的一条圆形轨道上环绕母恒星。几小时后，他开始检查测量数据，結果令他目瞪口呆：行星轨道面与母恒星赤道之间的偏离幅度极大，HAT-P-7无疑是一颗逆行行星。他终于找到了一头“
7、蓝狮子”！这个发现是多么的“离经叛道”，约翰逊迟迟未公布它，而是一遍又一遍地复核自己的测量数据。经过三周的埋头苦干，他终于排除了对这个发现的所有其他解释。他和维恩很快写了一篇论文并提交给著名的科学杂志，但得到的答复竟然是：英国WASP已抢先宣布发现了一颗逆行行星并把它命名为WASP-17b。约翰逊事后说：“这是一场势均力敌的较量，但生活就是这样。我们是第二，我们只好把论文转交给了天体物理杂志信箱。”至今，已有6颗逆行行星被发现，其中5颗的发现者都是WASP团队。美国加州大学的天文学家乔夫马西说：“逆行和错位的行星简直令人震惊，我至今不敢相信它们（的存在）。它们颠倒乾坤的轨道看来挑战了我们从太阳
8、系所知的一切，包括我们的地球。”马西发现的太阳系外的行星比其他任何人都多。行星怎么可能逆行呢？一种理论认为，随着行星从原行星盘（围绕新生恒星的气体和尘埃组成的盘）里形成，小天体和残骸到处乱飞。在这场混沌中，三个天体之间可能发生大碰撞，其中一个被撞得如此厉害，以至于它的轨道方向发生了逆转。海王星的大卫星特里同即被认为是在三个天体的小规模碰撞中被“敲”进它的逆行轨道的。另一种理论认为，逆行行星被俘获自靠得太近的另一个恒星-行星系统；亦或不是行星，而是母恒星自行发生翻转，变得倒行逆施了。一些科学家提出，这种翻转可能是由恒星磁场与旋转的原行星盘的磁场交互作用导致的。约翰逊看好的是由日本天文学家古在于1
9、962年提出的一种机制，古在用它来解释为什么一些小行星的轨道相对于行星轨道面来说高度倾斜。根据古在机制，与行星和其他天体的引力交互可能让一颗行星的轨道面严重倾斜，最终让行星逆恒星而动。也就是说，行星轨道面偏离恒星赤道超过90。最近，约翰逊的团队研究了32颗错位行星的自旋轨道角度，以查明古在机制是否能解释这些角度分布。結果发现，仅依赖古在机制本身并不能解释，但如果加上行星之间的碰撞因素，看来就能解释了。不管真相是什么，发现逆行行星这一事实表明，现有有关太阳系形成过程的模型太过简单，太阳系外不能用它解释的东西实在太多。迄今已发现超过500颗太阳系外的行星，但科学家尚未获得能代表太阳系外的行星的一个
10、完整样本，这是因为目前的探察技术能发现的大多是质量很大、距离母恒星又很近的行星，它们不能反映太阳系外的行星的全景。谁知道未来几年里还会冒出哪些奇异的行星呢？约翰逊认为，我们最终或许会发现太阳系才是一个真正的另类。换句话说，地球生命是宇宙中的一个特例，外星人就算存在也很难找到，因为它们可能距离地球遥不可及。马西对此看法表示认同。他说：“我们的太阳系与众不同。它的岩石行星存活在可居住地带，尽管大行星曾经可能从它们面前经过，它们的轨道却能一直保持近乎正圆。我们最终可能发现，像地球这样大小合适、轨道为圆形的岩石行星实际上相当罕见。”逆行卫星海王星是太阳系内距离太阳最远的行星，也是太阳系中唯一有大质量逆
11、行卫星的家园。海王星围绕转轴自转，而它最大的卫星特里同则反向围绕海王星转。大卫星形成于环绕新生行星旋转的残骸，因此它们应该以行星自转方向环绕行星。直径为地球的1/5的特里同与海王星反着转，暗示它起源于别处。最明显的地方就是柯伊伯带，这是由行星诞生后剩下的含冰碎石形成的一个遥远地带。在柯伊伯带边缘长大的婴儿时期的海王星可能很容易遭遇柯伊伯带天体，从而俘获一个这样的天体。麻烦是，只有在移动速度慢得不得了的情况下，像特里同这样大质量的天体才可能被俘获。有一个解决办法假设特里同有一颗伴星。电脑模拟显示，在一次三个天体与海王星的相遇中，特里同可以在牺牲伴星把它逐出去的情况下降低自己的速度。这样的相遇并非
12、不可想象，许多柯伊伯带天体都已知拥有伴星。这个尚未找到的“帮凶”可能就是冥王星，它与特里同大小近似，它的轨道又与海王星的交叉。因此有科学家想象，冥王星与特里同原本是兄弟。也就是说，特里同并非海王星的亲生子，而是海王星抱来的养子，难怪它会这么叛逆。逆行星系宇宙中能量最高的天体可能都在做逆行运动。每个星系都被认为有一个自旋的超大质量黑洞，它吸入气体形成环绕它的超热物质盘。但在一些星系所谓“活动星系”中，吸积盘中的气体非常炽热，其核心可以比所有恒星加在一起的亮度还高几百倍。这样的一些吸积盘，甚至能把自己的能量沿着薄喷流（或称射流）发射到数百万光年远的地方，这些喷流戳进了星系际介质。无人能肯定是什么导
13、致了这些喷流，但据信它们由吸积盘中扭曲的磁场驱动。正是这一点把逆向运动联系了起来。科学家2010年2月公布了对活动星系的模拟結果。他们的计算表明，拥有喷流的活动星系的吸积盘相对于其黑洞反向旋转，而在喷流较少的星系中，吸积盘与黑洞同向旋转。科学家因此推测，内旋物质为靠近反向旋转的黑洞所需的角动量大变，使得两者的相遇几乎不可能。这就在吸积盘内缘与黑洞之间留下一道间隙，使得磁场在这里“堆积”，导致强劲的磁弹射力发射喷流。然而，吸积盘最初是怎么变得逆向旋转的呢？一种理论认为，来自星系的气流在进入星系中央黑洞的过程中，遭遇与恒星形成过程有关的超新星和恒星风的随机反踢。这就意味着吸积盘有可能与自己的黑洞反向旋转。一些科学家相信，逆行吸积盘可能是星系合并的基本条件。
