地球、火星、金星，以及一颗在历史长河中已消失的星球——它们或许曾在太阳的引力作用下，以近乎完美的节奏，共同演绎着宇宙间的“华尔兹”。一项最新的研究成果显示，太阳系内包括地球在内的四颗类地行星，或许曾遵循固定的节奏，围绕着太阳优雅地旋转舞动。研究进一步表明，这些行星的诞生时刻比我们先前所推测的要提前许多。
天文学家们对行星系统在广阔宇宙历史长河中如何演变其内部结构的问题，表现出了越来越强烈的兴趣。这种兴趣的涌现，在一定程度上得益于近年来对系外行星家族的众多新发现，例如围绕小恒星TRAPPIST-1旋转的七颗行星所构成的壮丽景象。
过往的研究表明，在行星家族的早期发展阶段，常常会看到成对的行星、三胞胎行星，甚至整个行星系统围绕它们的母恒星，按照一种有规律的节奏——也就是我们所说的共振——进行旋转。这些共振行星的轨道周期之间存在着整数比例的关系。以TRAPPIST-1系统为参照，位于最内部的行星TRAPPIST-1 b正在完成八个轨道的运行，与此同时，其相邻的五颗行星各自正在运行着不同数量的轨道。
这种共振效应在原始行星盘——即环绕新生恒星的由碎片构成的气体丰富盘面——中的行星之间出现。这些行星在穿越盘面中的气体时，会与气体进行自转速度的交换，这一交互作用常常使得它们逐渐向中心恒星靠拢。在这些行星中，许多可能相距足够近，以至于它们的轨道周期之间形成了共振，即整数倍的关系。
尽管金星与火星的轨道周期比接近于3.05比1，但在太阳系内，行星间并未出现这种共振现象。然而，到了2005年，天文学家们揭示了一个惊人的发现：在木星和土星形成初期，它们曾以和谐的节奏相互舞动。然而，那场舞蹈在44亿年前突然终止，那时，原始行星气体盘开始逐渐消散，土星、天王星和海王星因此被推向了外围，这一现象被称作巨行星的不稳定事件。
截至目前，尚无研究者对类地行星是否曾经历共振期进行过研究。中国清华大学副教授，同时也是本研究共同作者的克里斯·奥梅尔（Chris Ormel）通过电子邮件向Live Science透露，这主要是因为存在另一种理论——即行星是由一系列巨大的撞击所形成，这一理论被认为可以充分解释它们目前的行为特征。
2013年的一项研究对火星同位素进行了分析，结果显示，类地行星的形成可能发生在原行星盘依然富含气体的时期，这个时期大约是在太阳系诞生后的1000万年前。这一发现暗示，类地行星在早期可能经历过共振状态。
为了检验这一理论，研究者们搭建了一个模拟婴儿期太阳系的电脑模型。该模型中，每份都纳入了两颗巨大的行星——木星与土星——以及四个由岩石构成的星球：火星、忒伊亚（一个假想的存在，其体积与火星相仿，曾与早期地球发生碰撞，促成了我们月球的诞生）、在忒伊亚撞击地球之前存在的早期地球，以及金星。鉴于人们普遍认为水星的形成源于一次巨大的撞击事件，研究人员便将其从模拟实验中排除在外。
研究团队在构建所有模型时，将土星置于距离木星更近的位置，并通过累积鹅卵石及更大型的岩石块，推动这个岩石星球的演化。在多数模拟情景中，金星、地球、忒伊亚以及火星在模拟的百万年时间里，形成了一个2比3比4比6的共振序列。
接着，科研团队对行星在长达一亿年的时间跨度内可能发生的位移进行了13200次仿真实验，细致入微地考量了每一颗行星对其他行星产生的引力作用。不过，当仿真进行至一千万年之际，他们故意将土星向外推移，目的是为了重现这颗巨型行星的不稳定性。对此，清华大学在读博士生、本研究的首位作者黄硕通过电子邮件向Live Science进行了阐述。
研究人员发现，在参数选择各异的情况下，有超过一半的模拟实验能够准确复现类地行星的现有布局。这涵盖了忒伊亚与地球之间那唯一的一次撞击事件，还有金星与火星轨道周期之比为3.05比1的现象——这一比例正是它们过去共振关系的遗留痕迹。
研究结果显示，行星的形成发生在太阳系诞生后的前一千万年期间，这一过程是在一个富含气体的原始行星盘内进行的；这一发现与现有的理论模型相比，至少提前了两千万年。
金星是一颗能揭示岩石内部年龄的星球。它（与地球和火星的情况不同）未曾遭受过剧烈的撞击。因此，作者推断其地幔能够展现出其悠久的历史。黄硕提到，未来的探测任务或许能够采集到这样的地幔样本。
研究结果表明，外层巨行星对内部伴星的稳定性具有极大的破坏作用。据此，作者们提出，这一现象或许能阐明为何像TRAPPIST-1这样的共振系统中不存在体积庞大的外行星。
这项新研究于7月18日发表在《天体物理学杂志》上。
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