密度比棉花糖还低的外星行星，一次发现了两颗

你可能觉得，在太阳系里，木星和土星已经算是"轻飘飘"的了。毕竟，土星的密度甚至比水还小，理论上可以浮在一个足够大的浴缸里。但最近天文学家找到了一对更极端的例子——两颗密度比棉花糖还低的行星，而且它们还是围绕着同一颗恒星运行的"亲兄弟"。

这件事的起点，是一群普通人对太空的好奇。牛津大学的乔治·德兰斯菲尔德带领的团队，利用公民科学家组织"行星猎手"此前筛选出的候选目标，确认了这两颗行星的存在。它们被编号为 TOI-791 b 和 TOI-791 c，都围绕着一颗被称为 TOI-791 的矮星运转。这颗恒星距离地球大约 1110 光年。

说它们"极端"，首先就极端在密度上。TOI-791 b 和 TOI-791 c 的个头都和木星差不多大，但木星的密度分别是它们的 35 倍和 28 倍。用德兰斯菲尔德的话说，"这种超蓬松行星目前已知的只有寥寥几颗，而在同一个系统里发现两颗，就更罕见了。"

我们来拆解一下这种罕见在哪里。行星的形成，目前主流的理论认为，是在年轻恒星周围的气体和尘埃盘中开始的。对于这类超蓬松行星，研究人员推测它们可能是在距离恒星很远、温度很低的区域诞生的。在那种环境下，气体可以慢慢聚积在一个小小的固态核心上，逐渐积累起主要由氢和氦组成的、极其庞大的大气层。这就像是滚雪球，只是滚的不是雪，而是气体。最后滚出来的，就是一个体积硕大但质量极轻的"超级棉花糖"。

但密度极低，还不是这对行星身上唯一让人好奇的地方。它们之间还上演着一场精准的引力舞蹈。具体来说，内侧的 TOI-791 b 每绕恒星公转 5 圈，外侧的 TOI-791 c 恰好公转 3 圈。在天文学上，这被称作 5:3 的平均运动共振。你可以把它想象成两个舞者，在一个巨大的舞池里，一个人迈五步的同时，另一个人刚好迈三步，然后他们又回到彼此的相对位置，周而复始。这种稳定的轨道关系，本身就携带着行星系统早期演化的信息，因为这样的"节奏感"不可能凭空产生，往往是在行星形成和迁移过程中，被引力作用锁定的。

发现这对行星的过程本身，也体现了当代天文学的一种典型协作模式。最初，TOI-791 b 和 TOI-791 c 分别在 2019 年和 2023 年，被"行星猎手"的公民科学家们标记为候选行星。他们分析的数据，来自美国宇航局（NASA）的系外行星巡天卫星 TESS。TESS 的工作方式很直接：长时间盯着一片天区，测量恒星的亮度。每当有行星从恒星前面经过，也就是发生所谓"凌星"现象时，恒星的亮度就会有一个微小的下降。捕捉到这两个亮度的"凹坑"，就相当于间接看到了行星。

仅仅是看到亮度下降还不够。要确定这两颗行星那令人震惊的低密度，还需要更精确的测量。德兰斯菲尔德和同事们动用了分布在全球各地的望远镜，其中甚至包括位于南极洲康科迪亚站的 ASTEP（南极凌星系外行星搜寻）望远镜。通过这些观测，他们才得以计算出这两颗行星的尺寸和质量，最终确认了它们"超蓬松"的本质。

这里有一个细节值得一提：这两颗行星的凌星过程，每次都能持续大约 11 个小时。这是目前已知持续时间最长的凌星事件之一。凌星时间的长短，与行星的公转速度和恒星的尺寸有关。超长的凌星时间，意味着天文学家有更充裕的窗口去分析行星大气层透过来的星光，这对于后续的研究来说，是一个非常有利的条件。

更有意思的是，正是那场 5:3 的引力舞蹈，让这件事又多了一层发现的层次。因为两颗行星在轨道上互相牵引，它们的凌星时间并不是一成不变的，会发生轻微的漂移。这种由引力相互作用导致的凌星时间变化，本身就是一种确认行星存在、并估算行星质量的重要手段。可以说，这对行星不仅自己很轻，它们彼此间的引力"拉扯"也被用来成了帮助科学家发现它们的线索。

说到这，你可能会问：找到这种密度极低的行星，到底意味着什么？德兰斯菲尔德给出了一个很直接的解释：它们极低的密度，让它们成为了解行星系统如何形成和演化的绝佳研究对象。毕竟，像这样极端的天体，是对现有理论最严苛的压力测试。如果主流的"远距离形成后迁移"理论是正确的，那么这两颗行星应该会展现出一些特定的化学特征，比如大气中某种元素的比例。如果未来更先进的望远镜，比如詹姆斯·韦布空间望远镜，对它们的大气进行深入分析，得到的结果与理论预测不符，那就意味着我们关于行星形成的拼图，可能还缺了重要的一块。

目前，关于超蓬松行星的形成，研究人员持有的还是一种推测性的看法。证据指向了它们诞生于寒冷的外部区域这一图景，但这幅图景的许多细节还没有被填上。比如，为什么有些行星能积累如此厚的大气而不坍缩？它们是如何从诞生地迁移到如今离恒星更近的轨道上的，同时在迁移过程中又没有损失掉那层蓬松的气体外壳？这些，科学界目前还没有定论。

所以说，发现这两颗行星，与其说是找到了一个最终答案，不如说是找到了一个新的、问得更具体的问题。在距离我们 1110 光年的地方，有两个巨大的、像棉花糖一样松软的世界，正以精确的节奏绕着它们的恒星旋转。它们如何变成今天这个样子，这个悬念本身，就是驱动下一步探索的动力。