距离地球两百光年远的地方，坐落着一个独一无二的行星系统。它至少包含六颗行星，其中五颗以一种特殊的引力之舞紧密锁定在一起。更奇特的是，这些行星的排列完全无视大多数太阳系遵循的标准布局。这个被称为 TOI-178 的“不合群”行星群，迫使行星科学家们必须修正他们关于太阳系如何形成的理论。
“这是一个里程碑式的系统，”来自瑞士日内瓦大学的天文学家 Nathan Hara 说，他是发现这些系外行星的天文学家之一。“这是未来将被深入研究的对象。”
2018 年，NASA 的 系外行星探测卫星 TESS 探测到一个恒星的亮度出现周期性变暗，这表明可能存在一个前所未有的行星系统，引起了研究人员的注意。天文学家在寻找遥远行星时，会监测恒星，记录行星从恒星前方经过时引起的亮度下降。在这个系统中，最初发现的三颗行星中的两颗似乎共享一个十天的轨道，它们在主星周围相互追逐。
这种配置的奇异性足以让欧洲的系外行星特征表征卫星 (CHEOPS) 在去年八月投入 11 天的观测时间，这是 CHEOPS 迄今为止分配给单一目标的最长观测时间。
然而，当天文学家分析数据时，他们发现 TOI-178 并非表面看起来那样。两颗系外行星伪装成了一颗，它们分别为 15 天和 20 天的轨道以一种恰到好处的方式协同作用，每十天就遮挡一次恒星，就像它们是同一颗行星一样。“在 TESS 的数据中，我们发现了一个极不可能出现的配置，其中一颗真正的行星正好落在了其他两颗行星凌星时间之间，”Hara 说。“这种情况发生的概率只有千分之一。”
随着观测时间的延长，他们发现了更多的行星。CHEOPS 的观测结果证实了来自其他望远镜的初步研究，最终，大约 200 名天文学家组成的团队成功地拼凑出了该系统更完整的图景。TOI-178 恒星的亮度变化和微弱摆动揭示了六颗紧密排列的系外行星的存在。第一颗行星以极快的速度围绕恒星运行，周期为两天，而第六颗行星则需要三周才能完成一次绕行。（相比之下，水星绕太阳一周需要近三个月。）该团队在周一的一篇预印本论文中 描述了这个系统，并已获准在《天文与天体物理学》杂志上发表。
TOI-178 最引人入胜的特征之一是其大部分行星的运动以一种称为“共振”的现象和谐统一。如果你将一堆行星扔进围绕恒星运行的轨道，你可能会期望它们的公转周期完全不相关，但实际情况并非如此。天文学家经常观察到行星以这样的方式运行，它们会以固定的间隔与其邻居形成相同的相对位置，这类似于音乐中的音符组成和弦（从数学上讲，轨道周期的比率是简单的分数）。你可以通过欧洲南方天文台制作的视频 观看 TOI-178 系外行星轨道的排列，并聆听它们的天籁之歌。
Hara 解释说，这样的系统可以通过不同的方式形成，但总体的想法是，共振的行星会“互相交流”，就像“被弹簧连接在一起”一样。当这些行星每绕行几圈就排列一次时，它们会足够靠近，以至于能够相互施加引力，从而阻止任何一颗行星偏离共振轨道。
在 TOI-178 系统中，除了第一颗行星，其余所有行星都与其邻居配对，形成了一个共振“链条”——这种结构甚至让天文学家在寻找一个缺失的环节时发现了其中一颗行星。
共振链也为我们提供了洞察该系统过去的机会。行星之间的联系是脆弱的，很容易被太阳系中常见的剧变所打破，例如与过往恒星的近距离擦肩而过，或者 一颗行星将另一颗行星甩出轨道。TOI-178 精密的共振链得以幸存，表明正如 Hara 所说，“在过去十亿年里，没有发生过任何过于剧烈的事情。”
令人印象深刻的共振链也连接着其他系统，例如 TRAPPIST-1，但 TOI-178 真正与众不同之处在于其有序的轨道与杂乱无章的排列之间的冲突。
大多数太阳系将致密的岩石行星——例如水星、金星——放置在靠近恒星的地方。然后，随着离恒星越来越远，行星变得越来越稀薄和气态（木星虽然巨大，但密度只有地球的四分之一）。研究人员 仍在深入研究 为什么会这样，但普遍的理论是，内部行星的温度较高，这会蒸发掉它们的气态大气层，只留下岩石核心。遥远的行星也受益于寒冷的气温，这使得冰在行星形成过程中发挥了更大的作用。
然而，当 TOI-178 形成时，它却忽略了这些规律。它开始时还算正常，有两颗巨大的岩石地球行星靠近恒星。然后情况开始变得奇怪。第三颗行星是整个系统中密度最低的，比木星还要稀薄。接下来的两颗行星密度有所增加，一颗是接近海王星的密度，另一颗则是接近火星的密度。最后一颗行星是所有行星中密度最低的。
虽然标准的行星排列更像是一种建议而非规则，但 TOI-178 的存在给研究人员带来了困惑，特别是考虑到其整齐的共振链使得近期发生剧烈的行星重排不太可能。“你如何解释一个以这种温和的方式演化，但仍然存在如此巨大的（密度）差异的系统呢？”Hara 说。“我们对此并不习惯。”
在理论家们为该系统的形成过程绞尽脑汁的同时，天文学家们期待着扩展对 TOI-178 的描绘。未来的观测活动可能会尝试扩展共振链，寻找额外的行星，为这首天籁之歌增添和谐的和弦。（下一个可能的共振点将位于恒星的宜居带或其附近。）
这颗主星也异常明亮，这是 Hara 和他的同事们能够如此精确地测量行星质量的原因之一。它发出如此多的光，以至于即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜应该能够推断出这些行星的大气层，为研究人员提供更多关于它们如何形成的线索。
“这是最明亮的共振系统，”Hara 说，“它将带来非常丰富后续观测。”
