如果你對天文學稍有了解，可能知道木星及其三顆伽利略衛星（木衛一、木衛二、木衛三）之間存在一種稱為拉普拉斯共振的現象。這種現象使得這些衛星的軌域周期呈現出一種和諧的比例關系，即木衛一的軌域周期約為木衛二的兩倍，而木衛二的軌域周期又約為木衛四的兩倍，這種精確的軌域關系保持了系統的穩定性。隨著天文觀測技術的不斷進步，尤其是淩日系外行星測量衛星（TESS）的發射，我們有機會探索越來越多的系外行星系統，揭示宇宙中的各種奇特現象。
在2020年，天文學家借助TESS的精密觀測裝置，發現了一個特別的系外行星系統——TOI-178，距離地球約200光年。TOI-178系統由一個橙矮星和至少六顆行星組成，這些行星大小各異，從地球大小到類似海王星的大小不等，它們的發現標誌著我們對系外行星系統的認識又邁進了一步。
為了進一步確認這些行星的存在並測量它們的參數，科學家們使用了智利歐洲南方天文台（ESO）帕拉納爾天文台的高精度徑向速度行星搜尋器（HARPS）進行後續觀測。HARPS的觀測數據不僅證實了這些行星的存在，還透過都卜勒效應測量了它們的軌域周期和品質，其中行星b的軌域周期為1.91天，行星c為3.12天，行星d為6.05天，行星e為9.18天，行星f為12.24天，行星g為18.36天。
TOI-178系統的行星軌域布局顯示出一種罕見的拉普拉斯共振現象，其共振模式為18:9:6:4:3:2，這是首次在系外行星系統中觀察到這種現象。這種共振模式意味著，行星之間的軌域周期存在一種嚴格的整數比例關系。例如，最外層的行星g完成18次軌域執行時，行星f完成9次，行星e完成6次，行星d完成4次，行星c完成3次，而行星b則完成2次軌域迴圈。
根據【天文與天體物理學】期刊上發表的一篇題為【TOI-178：一個具有六行星拉普拉斯共振的系外行星系統】的論文，研究團隊認為，這種共振現象是行星在原行星盤中逐步遷移並被捕獲到共振狀態的結果。這一發現支持了行星遷移理論，即行星在形成後會在原行星盤中發生遷移，並在特定條件下被捕獲到共振狀態。
利用TESS和HARPS的數據，科學家們能夠測量TOI-178系統中各個行星的密度。結果發現，這些行星的密度差異顯著：有些行星是氣態的，密度較低，而有些則是巖石質的，密度較高。例如，行星b的密度約為5.3克/立方厘米，顯示出它是巖石質的，而行星g的密度僅為0.7克/立方厘米，表明它擁有大量的氣態物質。
這種密度的多樣性表明，行星的形成和演化過程可能非常復雜，受到多種因素的影響。研究團隊發現，TOI-178系統中的行星密度並不遵循任何特定模式，而是呈現出一種隨機的分布狀態。例如，最靠近恒星的行星密度較高，可能是因為其表面物質被恒星放射線剝離，而遠離恒星的行星則可能保留了更多的氣態外層。
為了解釋這種密度多樣性，科學家們提出了多種假設。一種假設是行星在形成過程中經歷了不同的物質聚集階段，導致它們的成分和密度存在差異。另一種假設是行星在演化過程中受到了不同的外部影響，如恒星放射線、行星間的交互作用等，從而改變了它們的密度。
TOI-178系統的發現對天文學和行星科學有著深遠的影響。透過研究這個系統，科學家們可以更好地理解行星系統的形成和演化過程，特別是行星遷移和共振現象的形成機制。這一發現還促進了我們對宜居帶行星的探索，因為了解行星系統的動力學和穩定性對於評估行星的宜居性至關重要。
未來的研究計劃將繼續深入探討TOI-178系統和其他類似系統。科學家們希望利用更先進的觀測裝置和技術，如詹姆士·韋伯太空望遠鏡（JWST），進一步觀測TOI-178系統中的行星大氣成分和溫度結構，以揭示更多關於行星性質和演化過程的資訊。
此外，科學家們還將致力於尋找更多具有拉普拉斯共振現象的系外行星系統，以擴大我們對行星系統多樣性的認識。透過比較不同系統中的共振模式和行星性質，科學家們可以進一步驗證和完善行星遷移和共振現象的理論模型。
TOI-178系統的發現為我們揭示了一個充滿神秘和未知的行星世界。透過不斷的研究和探索，我們相信將能夠揭示更多關於宇宙的秘密，帶領我們走向對宇宙更深層次的理解。
