到目前为止，已确认的系外行星数量超过 4000 颗。有些行星同时环绕多颗恒星公转；有些行星非常靠近母恒星，公转一周仅需数天，不像地球公转长达 365.25 天；有些行星轨道极为扁圆，不像地球轨道很接近圆形。所以行星的特性和所在位置并不单一，而是有许多可能性。然而谈到行星大小，尤其是质量和半径，其实是有限制的；而这限制，跟物理有关。美国西南研究院（Southwest Research Institute）Natalie Hinkel 试图从行星和它们母恒星之间的化学关联性，以及不同大小的行星可能有的内部结构和含有的矿物等，来探讨是什么让行星能支持生命存在。

从原行星盘开始发展的行星家谱手绘图。

岩质行星 VS 气体行星

太阳系行星分成两大类：

1、体积质量小、岩质且密度大的类地行星。

2、体积质量大且为气体的类木行星。

迄今已侦测到的行星大都包含在这两类里。

但事实上，从开普勒任务（Kepler mission）和凌日系外行星系统卫星（Transiting Exoplanet System Satellite，TESS）等系外行星搜索任务的观测资料来看，以行星大小排序时，在所谓的「超级地球（super-Earth）」处有个没填满的间隙。超级地球指半径约地球 1.5~2 倍，质量约地球 5~10 倍的系外行星。为什么超级地球数量少了？为什么天文学家只看得到小型岩质行星和巨大的气体行星？

已确认的超级地球与地球的体积互相比较的示意图。

两类行星之间的差异，以及超级地球间隙的出现，都与行星大气有关，特别是行星正在形成的时候。当恒星诞生，汇聚成巨大气体球，开始旋转、向内塌缩，最后在核心点燃核融合反应而成为一颗正式的恒星。这个过程并不完美，在恒星形成之后，还残留着大量多余的气体、尘埃和岩石。这些残余物质继续绕恒星旋转，直到在恒星周围形成一个扁平、环状的拱星盘。盘内尘粒彼此碰撞粘合形成小石块，小石块也可能彼此碰撞成长为更大的砾石，过程持续直到成长为行星。当行星的体积增长时，其质量和重力也随之增加，让他不仅能从累积尘埃和岩石来成长，还能积聚气体，最后形成大气层。

拱星盘中有大量气体，和恒星以及宇宙诞生之初一样主要组成都是氢和氦，但是岩石物质就明显少多了，原因在于恒星形成之际就没有多少这样的岩石物质。

超级地球缺失问题

如果行星维持体积偏小的状态，即半径小于1.5倍地球半径时，其重力不足以掌控像木星或海王星大那样的庞大大气层。但是如果它再继续长大一点，能捕获的气体就会越来越多而形成大气层，且半径可能增加至海王星（约4倍地球半径），甚至超过木星（约11倍地球半径）。因此，行星可以是小型岩质行星，也可是大型气体行星。

按理来说也能形成介于中间的超级地球，但其实会很困难，因为一旦质量大到足以开始重力累积时，就如同雪崩一般停不下来，只有在某种特别环境中才能停止气体持续往行星累积的动作而成为超级地球。这种状况有时被称为「不稳定平衡（unstable equilibrium）」，只要天体位置稍微移动，或只要多累积一点点气体，就会打破平衡状态，持续往气体巨行星的状态发展。这种状况造成超级地球的数量不会太多，成为前述的超级地球空白的现象。

另一个要考虑的因素是一旦行星形成，并不会一直待在同样轨道上。当行星是向母恒星的方向迁移时，其大气被加热，导致原子和分子移动得非常快而脱离行星重力掌控。所以有些小型岩质行星其实是大一点的行星大气被剥夺后残存的核心部位。所以，不会有巨型岩质行星，也不会有小型气体行星的状况出现。不过虽然如此，行星彼此间的大小、几何形状和组成成分的差异还是很大。

编译：AI智慧