银河系里到底藏着哪几种行星？

有天晚上，我带着孩子在阳台看星星，小家伙突然问我：“爸爸，那些星星旁边也有地球吗？” 我愣了一下，这问题还真不好回答，我们肉眼看到的那些亮点几乎都是恒星，而行星呢，它们太小太暗，藏在恒星的光芒里，但我知道，它们就在那里，银河系里大约有1000亿到4000亿颗恒星，而天文学家现在普遍相信，几乎每颗恒星都至少有一颗行星相伴，这么算下来，银河系里的行星数量，比地球上的沙粒还多得多，那么问题来了：这浩瀚的行星大军,到底都长什么样？

我自己琢磨这个问题的时候，发现最好的办法不是掉进术语海洋，而是用我们熟悉的东西来类比，其实天文学家给行星分类，不看它们绕着什么转，而是看它们“是什么做的”、“怎么形成的”、“在什么位置”，把这些弄明白,银河系的行星图谱就清晰了。

第一大类：类地行星——脚下的岩石世界

这是我们最熟悉的一类，我们脚下的地球，夜空里明亮的金星，红色的火星，还有满身伤痕的水星，都属于这一类，它们的核心结构很简单，就像一颗煮鸡蛋：最里面是致密的金属内核，比如铁和镍；中间是厚厚的岩石幔层；外面是一层薄薄的固体外壳，个头都不大，但密度很高,你踩上去是实实在在的。

但别以为类地行星都像地球这么宜居，你站到金星表面试试，那里的地表温度能超过460摄氏度，大气压是地球的90多倍，下的雨都是硫酸，火星稍微友好一点，但平均温度零下60度，大气稀薄得几乎没有氧气，水星更夸张，白天被太阳烤到430度，晚上掉到零下180度，光是我们太阳系这四个石头兄弟，就已经千差万别，那么在银河系其他角落呢？目前已发现的系外行星里，类地行星其实不好找，因为它们太小吃不消看，但奇怪的是，在已确认的几千颗行星中，个头比地球稍大、比海王星稍小的那一类反而最多，也就是说，岩石世界在银河里可能遍地都是,只是大多数比咱们家稍微大几号。

第二大类：气态巨行星——没有地面的庞然大物

如果说石头行星是小不点，那气态巨行星就是银河里的巨无霸，木星和土星是代表，注意，这类行星没有固态表面，你如果开着飞船往木星落，会发现大气层下面还是大气层，越压越密，最终变成一种物质的临界状态，根本没有一个地方让你“着陆”，木星的质量相当于318个地球，它那著名的大红斑，一个风暴就能装下三个地球，土星更特别，密度低到理论上能漂在水面上——如果你能找到一个足够大的浴缸的话。

但银河系里这种巨行星的脾气，比木星土星要狂野得多，天文学家最早发现的大批系外行星，就是所谓的“热木星”，它们质量和木星差不多，但轨道却贴着自己的恒星跑，几天甚至几十个小时就能公转一圈，表面被烤到一两千度是常态，有些热木星甚至被恒星的辐射吹得大气层不断逃逸，拖着巨大的气态尾巴，像彗星一样，更诡异的是一类叫“超级木星”的家伙，质量大到接近褐矮星的门槛，内核因为巨大压力开始出现一些核反应的苗头，几乎可以算是“半个恒星”，但不管怎么变异,它们的本质还是主要由氢和氦组成的巨型气态球体。

第三大类：冰巨行星——被冤枉的“冰”与真实的狂暴

这一类经常被误解，天王星和海王星是典型，名字里有个“冰”字，很多人以为它们是冰封的死寂世界，这个“冰”在天文学里指的是水、氨、甲烷这些容易挥发的分子，在行星内部以超临界的稠密流态存在，不是我们冰箱里那种冰块，海王星虽然是太阳系里离太阳最远的行星，但它自己内部产的热比从太阳吸收的还多，这就导致它拥有太阳系里最猛烈的风暴，风速可以达到每小时两千公里以上,足够把地球上最高的建筑吹成碎片。

在银河系里，冰巨行星可能是最普遍的一类中等质量行星，开普勒太空望远镜的数据显示，大量系外行星的半径在1.7到3.5个地球半径之间，数量远超其他类型，这意味着，比地球大、比海王星小这种冰巨行星的体量，是银河系里行星的“标准尺寸”，有些可能覆盖着全球性的深海，深达几百公里，海底压力大到形成奇异的高温冰层；有些则因为离恒星太近，整个行星都在沸腾，冰全变成了超临界的水蒸汽大气层，这一类行星的多样性,比我们目前模型能预测的还要丰富。

一个更实用的分类框架：位置决定命运

前面说的三大类是按成分划分的，但最近十多年的发现让天文学家意识到，光看成分远远不够，行星的位置和轨道同样决定了它会变成什么样,于是有了下面这个更贴近前沿研究的分类角度：

热行星	轨道极近，几天走完一圈，被恒星潮汐锁定，永昼面温度能熔化岩石，这类行星上可能会出现硅酸盐云和铁雨，因为金属都被蒸发了。
温带行星	在恒星的宜居带内，温度允许液态水存在，这不等于有生命，但起码“有戏”，地球和火星都在这个范围，只不过一个没死，一个死得比较透。
冷行星	轨道很远，表面被冰封，但如果内部有热源，比如潮汐加热或放射性衰变，冰层下面完全可能存在液态海洋，木卫二和土卫二就是典型例子，而且它们绕的是行星，不是恒星，这在银河尺度上，暗示着不计其数的冰下海洋世界。

那些打破常规的异类

如果你以为上面的分类就覆盖了一切，那就太天真了，银河系里总有些让我们挠头的东西，比如流浪行星，它们不绕任何恒星运行，是真正的宇宙孤儿，2011年在《自然》杂志上发表的一项微引力透镜巡天研究估计，银河系里这种无家可归的行星数量，可能比恒星还多，它们要么是在行星系统形成的混乱期被弹出去的，要么从一开始就没能绑上一颗恒星，在星际空间零下270度的极寒里独自漫游,想想就觉得荒凉。

还有一类叫超级地球，名字有点误导，其实它们不一定是地球的加强版，大多数可能是迷你海王星——岩石核外面裹着厚重的大气层，真正完全由岩石组成的超级地球，到底有没有能力演化出生命，现在没有人知道。《天体物理学杂志》上有不少讨论超级地球内部结构和板块构造的论文，结论是：地质活动可能极其剧烈，火山喷发的规模足以重塑整个行星表面，而所谓的海洋行星，据一些模型推测，可能整个天体被几百公里深的全球性海洋覆盖，海底的高压冰层把水和岩石地幔彻底隔绝开，形成一个没有陆地的水世界，更极端的还有熔岩行星，离恒星近到表面一侧永远是岩浆海；以及碳行星，整颗星碳含量远超氧含量，地壳由石墨和碳化硅组成，下雨下的是焦油，银河系的行星目录,比我们贫瘠的想象力要丰富几个数量级。

怎么找这些行星？

可能你会想，说了这么多，我们怎么知道它们真的存在？其实方法特别巧妙，最常用的是凌星法，就是行星刚好从恒星前面经过时，挡住一点点光，我们把那微小的亮度下降捕捉到，就知道行星的半径，然后是径向速度法，行星引力会拉扯恒星，让恒星的光谱发生周期性红移和蓝移，由此能测出行星的质量下限，知道了质量和半径，密度就算出来了，是石头、是气、是冰就清楚了，当行星和恒星对齐时，我们还能用透射光谱学，让恒星光穿过行星大气层，分析光谱里被大气吸收的部分，就能知道大气里有什么化学成分，最近几年，这个技术已经开始在少数行星上检测到钠、钾、水蒸汽甚至可能的云层，像微引力透镜和直接成像这些方法也在用，只是门槛更高，正是这些工具组合起来,才把我们之前讨论的那些行星类型从理论变成实锤。

我们在这个图谱里的位置

最后说一件让我每次想起都心情复杂的事，目前所有的观测数据告诉我们，像太阳系这样内侧是小岩球、外侧是大气球、中间分得清清楚楚的结构，在银河里反而是少数派，更多的系统里，超级地球和次海王星挤在离恒星很近的区域，轨道乱七八糟，彼此之间还有复杂的引力相互作用，我们的邻居到底在哪里，长什么样，为什么我们显得有点“不正常”——这些问题至今没有答案，但这也正是让人着迷的地方，每发现一颗新的行星，不管它是熔岩地狱还是冰下海洋，都在帮我们重新定位，自己到底站在宇宙的哪一层台阶上。