先做个思想实验：桌上有两颗台球大小的球，一颗是巧克力，一颗是铅球。你不用切开它们，闭眼掂一掂，重量差就暴露了内部秘密。天文学家掂量行星也用这招，只不过他们能拿到的只有两个数：多大，多重。
2021年，一个国际团队把这招用到了极限。编号GJ 367b的行星被确认：半径约为地球的0.72倍，质量约为地球的0.55倍，绕一颗红矮星转一圈只要7.7小时。两个数相除，密度约10.2克每立方厘米，比地球的5.5高出一大截，甚至超过常温下纯铁的7.9。这颗距离我们约31光年的小天体是已知密度最高的行星之一，也是“铁行星”这个说法最常被举出的例子。
密度不是看出来的
一句话定义：铁行星指平均密度高到必须用大量金属铁来解释的岩质行星，它的岩石外壳可能薄得可怜，甚至已被剥掉，只剩一颗裸露或近乎裸露的金属核。类比剥橙子：果肉没了，只剩果核。但请记住，没人真看见过那颗“果核”。我们只看到它同样大却重得多，于是推断里面铁很多。
这里要分清三件事。半径和质量的测量属于观测证实：用凌星法观察行星挡掉多少恒星的光，得到半径；用视向速度法测量恒星被行星牵引的摆动幅度，得到质量；两者算出的密度是观测的直接产物。而“里面几成铁、几成石头”属于理论预言，要靠内部结构模型反推，不同模型会给出不同答案。至于它的外壳怎么丢的，还停在假说阶段。
家门口就有一颗样品
不必跑31光年。水星是太阳系里最像铁行星的天体：直径约4880公里，铁核却占了半径的约85%、质量的约七成，而地球这两个数字分别只有约55%和32%。换句话说，水星像一颗几乎没剩多少果肉的橙子。这些数据来自“信使号”探测器对重力场和自转的长期测量，属于观测证实；它为何这么“富铁”，同样还在争论。
外壳去哪了？三条路，尚无定论
目前大体有三种设想，注意，它们都是假说，谁主谁次目前尚无定论。第一种是撞击：早期一颗大天体斜撞上来，把轻的岩石外壳掀飞，留下重核。第二种是蒸发：恒星的高能辐射烤得表层沸腾，气体被吹散，铁因为难熔而留下。第三种最简单：它诞生在铁多、气体少的原行星盘区域，一出生就这样。三条路都能造出密度相近的行星，却会留下不同的化学特征，这正是未来光谱观测要找的东西。
站在那样的地面上
GJ 367b的轨道太近，几乎肯定被潮汐锁定，永远同一面朝着恒星，像月球对着地球。理论估算，它向阳面的平衡温度在1400开尔文上下，足以熔化铝。如果它真是裸露的铁核，那一面可能是翻涌的金属表面，另一面则冷得让铁凝结成霜。不过这幅图景目前只存在于模型里，属于推测。更麻烦的是，裸露金属核能否保住大气，取决于自身磁场和恒星风的强度，目前尚无定论。
为什么值得找它们
铁行星像行星形成过程中的“特殊样本”。普通行星都裹着一层岩石，它们却像被剥开的剖面，把内部结构直接展示在天文学家面前。它们还提醒我们：银河系里行星的“配方”远比太阳系丰富。太阳系八颗行星里水星已算异类，而在几千颗已确认的系外行星中，密度偏高的“超级水星”并不罕见。
回到开头那两颗台球。你掂出差异只用一秒，天文学家却要为“里面到底是什么”争论许多年——因为我们至今没有一台秤，能直接称出行星的内部。
也许更值得问的是：一颗连岩石外壳都不剩的天体，我们该叫它行星，还是一颗绕着恒星公转的铁核？
延伸阅读
- Sara Seager 主编《Exoplanets》，University of Arizona Press，2010年
- BBC 纪录片《行星》（The Planets，2019），其中讲到水星的形成
- NASA Exoplanet Archive 系外行星数据库：exoplanetarchive.ipac.caltech.edu