失蹤的行星：特洛伊之謎

失蹤的行星：特洛伊之謎

本文講述的，是一個天文學上的未解之謎：失蹤的特洛伊之謎。特洛伊這個詞會讓人聯想到那匹內藏士兵的神秘木馬或計算機病毒。但是請注意，這個謎案的名字叫「失蹤的特洛伊」，而不是「特洛伊失蹤」。

除了木馬，還有一種東西也叫特洛伊：那是一個軌道。在那裡，有幾千個小行星，它們簇擁著和木星一起繞太陽運行。和行星近旁的衛星不一樣，這些小行星聚集成團，一部分位於木星軌道前方，一部分位於後方。細分起來，領頭的那團應該叫「希臘」，跟隨的那團才是「特洛伊」，不過一般都統稱為「木星的特洛伊」小行星群。這些小行星多以特洛伊戰爭中的神話人物命名。

內太陽系。行星已作標註，藍線表示它們的軌道。小點是小行星。主小行星帶用白色表示。綠點就是「希臘」和「特洛伊」——統稱「木星的特洛伊」小行星群。維基百科（Mdf）

木星比地球大300倍。它的引力幾乎可以清空小行星帶，小行星帶曾經擁有的物質總量可能是現在的1000倍。為什麼這些特洛伊小行星能夠在離這個氣體巨行星這麼近的距離上倖存下來，並保持穩定的軌道呢？

講述其中的緣由，可能要追溯到1722年的法國數學家約瑟夫-路易斯·拉格朗日。如果我們把行星的軌道可視化，那在它的軌道上會存在一些特殊的點，在那裡的天體能夠以同樣的速率和行星一同圍繞它的宿主恆星運行。這些點被稱為「拉格朗日點」，總共有五個，分別用L1至L5來表示。

行星（藍色）軌道上的拉格朗日點。L4和L5是特洛伊行星能夠得以倖存的地方。其他點（L1、L2、L3）不穩定。維基百科（Cmglee）

只有兩個拉格朗日點是穩定的：L4和L5，它們分別位於木星的前方和後方，與木星保持大約60度的夾角。位於這個點或靠近這個點的天體能夠平穩地圍繞太陽運行。（更確切地說，這些天體實際上是圍繞著拉格朗日點，以大約20度的振幅擺動。在L4和L5間，甚至還存在著一種所謂的「馬蹄形軌道」。）木星擁有特洛伊天體是因為它的L4和L5即使受其他行星的引力影響，仍然能夠保持穩定。它們是洶湧海洋上的平靜小島。假如小行星均勻地散布在內太陽系，唯一能夠在木星近旁倖存下來的就是這些特洛伊天體。

木星並不是太陽系內唯一擁有特洛伊天體的行星，雖然它擁有的數量最多。天王星（1個）和海王星（13個）也擁有這類天體，火星（7個）也有。甚至連地球（1個）也有！但土星卻沒有；原因可能是在木星引力的影響下，土星的特洛伊天體在數百萬年內逐漸失去了穩定。土星，以及金星的特洛伊小島已經淹沒在洶湧的海面下（但是土星的衛星卻擁有4個特洛伊天體）。

讓我們把特洛伊這個概念更進一步。被困在L4和L5這兩個平靜的小島附近的不只有小行星。它們也可以是成年的行星！假如兩個行星位於同一軌道，相隔60度，它們就會構成一對特洛伊行星。

在計算機模擬中，通常會出現特洛伊行星，它們可以被用來解釋行星如何在其他恆星（系外行星）周圍形成並圍繞它們運行。許多已知的系外行星軌道距離它們的恆星非常近。天文學家認為，這些行星中有許多在形成時離恆星要遠得多，隨後是在一種名為軌道遷移的過程中被推到了恆星近旁。導致行星軌道發生遷移的原因，是產生行星的氣體塵埃盤。在遷移的過程中，鄰近的行星可能會陷入特洛伊布局中。特洛伊行星並不會在每次模擬中都出現，但它們出現的概率大約是三分之一或四分之一。

計算機模擬一對特洛伊行星的形成——每個質量都比地球大10倍——它們正在一個氣體原行星盤內發生遷移。圖片呈現了行星在原行星盤內產生的尾流；行星位於淺綠色的尾流和旋渦中央。Arnaud Pierens

由此可見，確實存在特洛伊行星。雖然我們太陽系內沒有，但在其他恆星周圍確實可能存在，並且能夠被當今的望遠鏡檢測到！來做這件事的最好幫手是開普勒，NASA專門用於尋找行星的太空望遠鏡。那它有何發現呢？

很不幸，什麼也沒有找到。雖然曾經有過一次發現，在一個名為KOI-730（現名開普勒-223）的四行星系統內發現了兩個特洛伊行星，它們共享一個軌道，另外兩個行星分別位於這對特洛伊行星的內側和外側。但隨後又被否定。

不幸的是，隨後的測定結果表明這個天體系統的布局並非如此，不含特洛伊行星。Bummer

對系外特洛伊行星的尋找已經有些年頭了，而且還在繼續，但是情況非常嚴峻。特洛伊行星理論上還相對容易檢測，因此它們理應早就出現。這是一個宇宙級的謎團：失蹤的特洛伊之謎！

我們為什麼找不到特洛伊行星？有兩種可能：它們存在，只是我們還未發現；或它們根本不存在。

是不是特洛伊行星比我們想像的更難以發現？兩個行星在相同的軌道上運行，每個都發出頻率相同的信號。假如我們對此一無所知，那麼這對行星就變成了噪音。但是我們對此已有估計。特洛伊行星間的引力擾動會改變它們信號的相位，但是我們也已經知道這一點，並且能夠利用這一點來尋找它們。

也許特洛伊布局會因行星的向內遷移，或者因為太靠近恆星產生潮汐作用而被破壞。但是這些破壞機制只可能在開普勒正在尋找的一小部分行星身上起作用。

有這樣一個理論，也許值得關注。行星會大量內遷，其中包括了特洛伊行星。但是當氣體原行星盤消散後，這些遷移後的行星軌道會亂套。可能存在一個行星大碰撞階段，這個階段會毀掉特洛伊行星，並重組倖存者軌道。這個模型符合學者在系外行星數據集中的所見，因此是值得注意的。另外，假如行星內遷後並未陷入混亂，依照這個模型，可能確實會存在一定量的特洛伊行星，並能夠估算出它們可能會在哪裡。當然，這只是一個模型，我們可以等待更多的觀測數據，來看看它是否站得住腳。

Nautilus（Sean Raymond）

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