宇宙最輕行星：棉花糖一樣的密度為何存在

如果你能把一顆行星放進浴缸里，它會怎么樣？

大多數行星——比如我們地球、火星、木星——會直接沉到底。但天文學家最近發現了兩顆行星，如果你有足夠大的浴缸，它們會浮在水面上。不是因為它們小，恰恰相反，它們的大小跟木星差不多，但質量只有木星的不到6%。換算成密度，大約在0.038到0.047克每立方厘米之間。這個數字可能聽起來很抽象，說人話就是：它們的密度跟棉花糖差不多，或者說，跟你早上刮胡子用的剃須泡沫差不多。

這項發現發表在2026年7月的《皇家天文學會月刊》上。牛津大學的天體物理學家喬治·德蘭斯菲爾德描述這兩顆行星時，用了兩個非常不天文術語的比喻："我們把它的密度比作棉花糖或剃須泡沫——它們是木星大小的行星中最輕的。"

這里有一個容易忽略的細節：天文學家說的是"木星大小"，而不是"木星質量"。在我們太陽系里，木星是行星里的巨無霸，質量是地球的317倍。而這兩顆新發現的行星，一顆質量是地球的9.5倍，另一顆是地球的18.6倍——放在宇宙尺度上，這簡直輕得不合常理。如果你把它們的物質均勻鋪開，每一勺的"分量"大約就是你隨手撕下一團棉花糖的手感。

這就引出了一個讓你困惑的問題：為什么會有行星長成這樣？它們是怎么形成的？為什么它們沒有被自己的引力壓得更緊實一點？

我們先回到發現這兩顆行星的過程。它們的宿主星名叫TOI 791，是一顆跟太陽很像的恒星，距離地球約1113光年。發現它們的"獵手"是TESS太空望遠鏡——這是一臺專門用來搜尋系外行星的探測器。它的工作原理并不復雜：當一顆行星從它的恒星前方經過時，會擋住一小部分星光，導致我們觀測到的恒星亮度出現一個微小的下降。這個現象叫做"凌星"。通過精確測量星光被擋住的比例，天文學家就能推算出這顆行星的大小。

德蘭斯菲爾德和她的同事們通過這個方法算出，這兩顆行星的半徑分別是木星的0.993倍和1.155倍——一個幾乎跟木星一模一樣大，另一個比木星還大一圈。

但光知道大小還遠遠不夠。要弄清一顆行星的密度，你需要同時知道兩件事：體積和質量。體積好辦，半徑一算就能得出。質量呢？凌星法只能告訴你行星有多大，不能告訴你它有多重。

這就是這兩顆行星真正有趣的地方——它們的軌道幫了大忙。

這兩顆行星繞轉TOI 791的方式非常特殊。它們的軌道配置讓它們會周期性地相互靠近，每一次靠近，引力就會在彼此身上扯一把。德蘭斯菲爾德管這個叫"一段有趣的小舞蹈"。她解釋說："我們是通過測量它們互相踢動對方軌道的程度，來計算出它們的質量的。"

這個"踢動"在專業上叫引力攝動。每一次兩顆行星擦肩而過，它們各自的軌道都會發生微乎其微的變化。把這種變化持續監測好幾年，就能反推出它們各自的質量。就像你看到兩個人在冰面上手拉手旋轉，你不需要上去稱他們的體重，只要觀察他們互相拉扯的幅度，就能估算出誰更重一些。

但這里有一個技術難題。這兩顆行星的凌星過程長達12個小時。在地球上大多數地方，夜晚沒有那么長。你不可能在一個晚上連續觀測12個小時，天會亮，太陽會升起，觀測就斷了。

解決這個難題的是南極。

南極有一個很特殊的屬性：每年有連續三個月的極夜，太陽完全不會升起。這意味著，如果你在南極放一臺望遠鏡，它可以在黑暗中持續工作很長時間。研究團隊用的正是這樣一臺望遠鏡，全名叫"南極凌星系外行星巡天望遠鏡"，簡稱ASTEP。德蘭斯菲爾德說了一句很直白的話："沒有這臺望遠鏡，這個發現就不會發生。"

ASTEP是地球上唯一能夠完整捕捉到這兩顆行星整個12小時凌星過程的望遠鏡。通過它積累的數年數據，研究團隊終于算出了兩顆行星的質量，進而得出了讓所有人都感到意外的密度數字：0.038和0.047克每立方厘米。

我們來做一個比較。水的密度是1克每立方厘米。棉花糖的密度一般在0.05克每立方厘米左右。也就是說，這兩顆巨行星的密度，甚至比棉花糖還要低一點。如果你能站在其中一顆行星的"表面"——前提是它們有固體表面，實際上它們很可能沒有——你大概會覺得自己陷進了一團巨大的、稀薄的氣態泡沫里。

這兩顆新行星并不是孤例。它們屬于一個叫"超級蓬松行星"的小眾俱樂部。到目前為止，天文學家已經發現了好幾個這樣大而輕的奇怪世界，但對它們的形成機制，科學界還沒有定論。

有一種理論推測，這類行星可能誕生在遠離宿主星的地方，然后慢慢向內遷移。隨著它們越來越靠近恒星，接收到越來越多的輻射熱量，它們的大氣層開始受熱膨脹，就像給氣球吹氣一樣，最終把自己"吹"成了這么蓬松的樣子。

這個解釋有一個直觀的類比：你把一團棉花糖放在微波爐里，它會膨脹成一朵巨大的糖云。行星大氣層在恒星的熱量烘烤下，也有可能發生類似的效應。不過天文學家目前用的詞是"可能"，不是"已經證實"。這是一個推測，一個正在被檢驗的假說。

還有一種可能性是，有些超級蓬松行星其實并沒有看起來那么大。2020年，理論天體物理學家安東尼·皮羅和同事們提出過一個觀點：有些超級蓬松行星可能擁有巨大的環系統，環的反射讓行星本身看起來比實際尺寸大得多。就像土星，如果從遠處看，它的光環會讓它看起來比本體大了好幾圈。

但這個解釋對TOI 791的這兩顆行星來說，皮羅本人認為可能不太適用。為什么？他沒有在論文中展開細節，但從邏輯上推測，這兩顆行星的密度是通過引力攝動精確計算得出的，而不是僅僅靠大小估算。也就是說，不管它們有沒有環，它們的質量就在那里，輕得一目了然。環騙不了引力。

所以，最大的懸念依然懸在空中：超級蓬松行星到底是怎么形成的？是遷移加熱膨脹？是誕生時吸積的物質就特別少？還是在漫長的演化中丟失了大量質量？

這個問題的答案很重要，因為它關系到我們對行星形成的整體理解。在我們的太陽系里，行星分布呈現一個清晰的規律：靠近太陽的巖石行星小而密，遠離太陽的氣態行星大而輕——但即使是木星，它的密度也高達1.33克每立方厘米，遠比棉花糖重。超級蓬松行星的存在告訴我們，宇宙里還有一種我們還沒完全理解的路徑，能造出比剃須泡沫還輕的木星大小的天體。

這引出了一個更深層的困惑：行星形成的邊界在哪里？一團物質要松散到什么程度，就不再能被叫做行星？有沒有一種極端情況，會讓一顆行星的密度低到純粹變成一團彌散的星云？

在這個方向上，還有一些更細思極恐的問題等你思考。這兩顆行星能保持這樣蓬松的狀態多久？它們的宿主星還在持續輻射熱量，大氣層的最外層原子可能正在緩慢逃逸到太空中。如果它們的大氣層不斷流失，那也許今天我們看到的是它們一生中最蓬松的時期，再過幾十億年，它們可能縮成兩顆貌不驚人的氣態小行星。

可惜這個過程的詳細時間線，目前沒有研究能給出精確答案。

話說回來，這項發現還藏著一個容易被忽略的敘事主角：南極的那臺望遠鏡ASTEP。

如果沒有連續三個月的極夜，沒有那個12小時不間斷的觀測窗口，這兩顆行星的質量就測不出來，它們的棉花糖屬性就無從揭曉。德蘭斯菲爾德的那句話可以翻譯成另一層含義：有些科學問題的答案，藏在最不像實驗室的地方。南極——寒冷、荒涼、與世隔絕——恰好是捕捉行星凌星完整周期的絕佳場所。這件事本身就很值得琢磨：人類為了測量幾顆遠在1113光年外的行星有多輕，必須跑到地球上最極端的大陸，等待黑暗漫長到足夠裝下12個小時的連續觀測。

這個操作里有一種冷靜的浪漫感。沒有夸大其詞，沒有"顛覆認知"，只是安安靜靜地利用地球自轉和南極特殊的地理條件，然后把望遠鏡對準一個方向，等上幾年。

這種研究節奏跟社交媒體的信息流速完全背道而馳。當你刷到一條新聞標題說"科學家發現宇宙最輕行星"時，不會想到南極的暗夜有多冷，也不會想到一顆望遠鏡的鏡頭需要保持多穩定才能捕捉到兩個行星之間極其微弱的引力拉扯。而這兩個行星自己呢？它們安安靜靜地在幾百度的恒星熱輻射中膨脹著，密度低到令人懷疑自己的物理直覺，但它們依然是一顆行星——繞著恒星轉，有清晰的質量和半徑，在引力定律的框架里跳著那場"有趣的小舞蹈"。

你可能也會想到另一個問題：這樣的行星上有沒有生命？

目前的答案大概率是否定的。不是"絕對沒有"，而是"目前看不出任何可能"。它們幾乎全是氣體，沒有固體表面，大氣層溫度可能高達幾千度，因為靠近恒星。在這樣的環境里，哪怕地球上最極端的嗜熱微生物，也很難想象能存活。當然，天文學家不會說"一定沒有"，因為宇宙總是出人意料。但他們也不會說"可能有"，因為沒有任何證據支持。

這就是科學報道和偽科學雞湯的分界線。偽科學會告訴你"超蓬松行星上或存在氣態生命"。科學會說：密度很低、溫度很高、沒有固體表面——目前沒有任何已知的生命形式能適應這種環境，所以大概率沒有。

在文章的最后，也許可以留這樣一個尾巴：這兩顆棉花糖行星被發現之后，天文學家接下來會更仔細地研究它們的大氣層成分。如果能找到JWST（韋布空間望遠鏡）的觀測機會，也許能分析出它們大氣層里到底含有什么分子——氫氣？氦氣？水蒸氣？還是更奇怪的組合？這能幫助我們理解它們是怎么被"吹"成這樣的。

到那時候，我們也許能把那個"可能"往前推一步。

但現在，它們還是輕飄飄地懸浮在TOI 791周圍，密度低于棉花糖，軌道穩定，互相踢來踢去，安靜地等待下一輪觀測。

而人類，在這個渺小地球上，已經能用望遠鏡和數學發現它們，算出它們的密度，然后用一句非常不學術的話告訴你：這兩顆行星，輕得像一團剃須泡沫。

這件事本身，大概就是科學最迷人的那一面。