地球是在近乎圆形的轨道内围绕太阳运行的唯一一颗行星。但如果地球和另一颗行星在一条轨道上绕太阳转会发生什么?

两颗行星可能会以一种不寻常的方式 “共轨”,在所环绕的恒星周围共享同一区域,也就是 “马蹄形轨道”。在这种情况下,两颗行星都不会围绕恒星做圆周运动,而是在恒星周围形成马蹄形轨道。两颗行星的轨道彼此相对,就像一个圆环裂开的两半。

法国波尔多天体物理实验室天体物理学家肖恩 · 雷蒙德(Sean Raymond)说 :“我认为马蹄形轨道是最令人兴奋的行星运行状态之一。由于这两颗行星形成于同一颗恒星周围的圆盘中,组成物质也类似,因此研究它们的演化进程就像研究出生时分离的双胞胎一样。”

马蹄形轨道听起来完全不可能。然而雷蒙德指出,土星的卫星土卫十和土卫十一就是在距离土星约 93000 英里 (15 万公里)的马蹄形轨道上运行,两颗卫星的运行轨道就在土星环之外。两颗卫星之间最近的距离大约是 9300 英里 (15000 公里)。可以想象一下,当一对位于太阳系宜居带中地球大小的行星共同围绕太阳运行时,各自的马蹄形轨道会是什么样子。所谓的宜居带指在围绕恒星的区域中,温度适宜,足以让液态水在行星表面上存在。

让我们先把这两颗行星命名为 Terra 和 Tellus,在拉丁词中都是 “地球”的意思。Terra 和 Tellus 距离最近时只有一个天文单位的 4% 至 5%。天文单位是地球和太阳之间的平均距离,约合 1.5 亿公里。雷蒙德说,在这样的距离下,它们看起来就相当于四分之一或五分之一个满月。然后,两颗行星会慢慢地彼此远离,直至运行到太阳后面看不见彼此为止。

雷蒙德称 :“看到马蹄形轨道中的伴星在天空中不断变大并成为主要光源,那将会令人敬畏。”

两颗行星靠近和远离的周期取决于马蹄形轨道的宽度。雷蒙德说,对于 Terra 和 Tellus 来说,其马蹄形轨道为 0.995 个天文单位到 1.005 个天文单位,所以两颗行星每次接近大约需要 33 年。他同时指出,与太阳距离的微小变化可能意味着,Terra 和 Tellus 的气候不会有太大变化,因为它们都在马蹄形轨道的两边循环往复地运转。

那么 Terra 和 Tellus 上的生命会是什么样子?雷蒙德想象星球之间会有竞争和合作,可能发生战争或者星际穿越的爱情故事。人们可能还会想象,早在两颗行星通过太空飞行接触彼此之前,两个世界就可能通过无线电进行远程交流。

这种沿马蹄形轨道运行的行星很可能在演化过程中演变成原行星或胚胎世界,两者还可能发生碰撞,并从一个轨道迁移到另一个轨道。

雷蒙德说 :“在某些情况下,马蹄形轨道会改变。但据我所知,还未曾研究过这种情况发生的频率。”

不过,雷蒙德说,“即使这种情况只有百万分之一的概率发生,在银河系的数千亿颗恒星中,仍然会有很多潜在的类地行星在围绕马蹄形轨道运行。”