特洛伊之谜 失踪的行星

本文讲述的，是一个天文学上的未解之谜：失踪的特洛伊之谜。特洛伊这个词会让人联想到那匹内藏士兵的神秘木马或计算机病毒

本文讲述的，是一个天文学上的未解之谜：失踪的特洛伊之谜。特洛伊这个词会让人联想到那匹内藏士兵的神秘木马或计算机病毒。但是请注意，这个谜案的名字叫“失踪的特洛伊”，而不是“特洛伊失踪”。

除了木马，还有一种东西也叫特洛伊：那是一个轨道。在那里，有几千个小行星，它们簇拥着和木星一起绕太阳运行。和行星近旁的卫星不一样，这些小行星聚集成团，一部分位于木星轨道前方，一部分位于后方。细分起来，领头的那团应该叫“希腊”，跟随的那团才是“特洛伊”，不过一般都统称为“木星的特洛伊”小行星群。这些小行星多以特洛伊战争中的神话人物命名。

内太阳系。行星已作标注，蓝线表示它们的轨道。小点是小行星。主小行星带用白色表示。绿点就是“希腊”和“特洛伊”――统称“木星的特洛伊”小行星群。维基百科（Mdf）

木星比地球大300倍。它的引力几乎可以清空小行星带，小行星带曾经拥有的物质总量可能是现在的1000倍。为什么这些特洛伊小行星能够在离这个气体巨行星这么近的距离上幸存下来，并保持稳定的轨道呢？

讲述其中的缘由，可能要追溯到1722年的法国数学家约瑟夫-路易斯・拉格朗日。如果我们把行星的轨道可视化，那在它的轨道上会存在一些特殊的点，在那里的天体能够以同样的速率和行星一同围绕它的宿主恒星运行。这些点被称为“拉格朗日点”，总共有五个，分别用L1至L5来表示。

行星（蓝色）轨道上的拉格朗日点。L4和L5是特洛伊行星能够得以幸存的地方。其他点（L1、L2、L3）不稳定。维基百科（Cmglee）

只有两个拉格朗日点是稳定的：L4和L5，它们分别位于木星的前方和后方，与木星保持大约60度的夹角。位于这个点或靠近这个点的天体能够平稳地围绕太阳运行。（更确切地说，这些天体实际上是围绕着拉格朗日点，以大约20度的振幅摆动。在L4和L5间，甚至还存在着一种所谓的“马蹄形轨道”。）木星拥有特洛伊天体是因为它的L4和L5即使受其他行星的引力影响，仍然能够保持稳定。它们是汹涌海洋上的平静小岛。假如小行星均匀地散布在内太阳系，唯一能够在木星近旁幸存下来的就是这些特洛伊天体。

木星并不是太阳系内唯一拥有特洛伊天体的行星，虽然它拥有的数量最多。天王星（1个）和海王星（13个）也拥有这类天体，火星（7个）也有。甚至连地球（1个）也有！但土星却没有；原因可能是在木星引力的影响下，土星的特洛伊天体在数百万年内逐渐失去了稳定。土星，以及金星的特洛伊小岛已经淹没在汹涌的海面下（但是土星的卫星却拥有4个特洛伊天体）。

让我们把特洛伊这个概念更进一步。被困在L4和L5这两个平静的小岛附近的不只有小行星。它们也可以是成年的行星！假如两个行星位于同一轨道，相隔60度，它们就会构成一对特洛伊行星。

在计算机模拟中，通常会出现特洛伊行星，它们可以被用来解释行星如何在其他恒星（系外行星）周围形成并围绕它们运行。许多已知的系外行星轨道距离它们的恒星非常近。天文学家认为，这些行星中有许多在形成时离恒星要远得多，随后是在一种名为轨道迁移的过程中被推到了恒星近旁。导致行星轨道发生迁移的原因，是产生行星的气体尘埃盘。在迁移的过程中，邻近的行星可能会陷入特洛伊布局中。特洛伊行星并不会在每次模拟中都出现，但它们出现的概率大约是三分之一或四分之一。

计算机模拟一对特洛伊行星的形成――每个质量都比地球大10倍――它们正在一个气体原行星盘内发生迁移。图片呈现了行星在原行星盘内产生的尾流；行星位于浅绿色的尾流和旋涡中央。Arnaud Pierens

由此可见，确实存在特洛伊行星。虽然我们太阳系内没有，但在其他恒星周围确实可能存在，并且能够被当今的望远镜检测到！来做这件事的最好帮手是开普勒，NASA专门用于寻找行星的太空望远镜。那它有何发现呢？

很不幸，什么也没有找到。虽然曾经有过一次发现，在一个名为KOI-730（现名开普勒-223）的四行星系统内发现了两个特洛伊行星，它们共享一个轨道，另外两个行星分别位于这对特洛伊行星的内侧和外侧。但随后又被否定。

不幸的是，随后的测定结果表明这个天体系统的布局并非如此，不含特洛伊行星。Bummer

对系外特洛伊行星的寻找已经有些年头了，而且还在继续，但是情况非常严峻。特洛伊行星理论上还相对容易检测，因此它们理应早就出现。这是一个宇宙级的谜团：失踪的特洛伊之谜！

我们为什么找不到特洛伊行星？有两种可能：它们存在，只是我们还未发现；或它们根本不存在。

是不是特洛伊行星比我们想像的更难以发现？两个行星在相同的轨道上运行，每个都发出频率相同的信号。假如我们对此一无所知，那么这对行星就变成了噪音。但是我们对此已有估计。特洛伊行星间的引力扰动会改变它们信号的相位，但是我们也已经知道这一点，并且能够利用这一点来寻找它们。

也许特洛伊布局会因行星的向内迁移，或者因为太靠近恒星产生潮汐作用而被破坏。但是这些破坏机制只可能在开普勒正在寻找的一小部分行星身上起作用。

有这样一个理论，也许值得关注。行星会大量内迁，其中包括了特洛伊行星。但是当气体原行星盘消散后，这些迁移后的行星轨道会乱套。可能存在一个行星大碰撞阶段，这个阶段会毁掉特洛伊行星，并重组幸存者轨道。这个模型符合学者在系外行星数据集中的所见，因此是值得注意的。另外，假如行星内迁后并未陷入混乱，依照这个模型，可能确实会存在一定量的特洛伊行星，并能够估算出它们可能会在哪里。当然，这只是一个模型，我们可以等待更多的观测数据，来看看它是否站得住脚。