20年前，天文学家首次发现围绕一颗正常恒星旋转的系外行星，给人们带来了欣喜和困惑。这颗被命名为飞马座51b的行星体量是木星的一半，但它的轨道周期只有4天，令人难以置信地接近恒星，比水星88天的轨道周期小了太多。研究行星形成的理论物理学家无法解释一颗如此巨大的行星如何能在一颗新生的恒星周围如此狭窄的范围里生成。如果不是因为搜寻系外行星时很快就找到了更多的热木星，它很可能被看作一颗反常的星球。同时，被搜寻到的还有其他奇异的星
　　球：具有被拉长和高度倾斜轨道的行星，甚至绕恒星反向公转的行星——公转方向与恒星自转方向相反。
　　随着2009年美国航空航天局开普勒空间望远镜升空，搜寻行星的进程加快了，它发现的2500个太阳系外的天体系统为系外行星研究增加了统计学重量，同时也带来了更多困惑。开普勒空间望远镜发现银河系内最常见的行星体量介于地球和海王星之间，这类行星被称为“超级地球”，在内太阳系没有这种行星存在，同时也被认为是不可能在内太阳系形成的。

　　现在，地面的天文望远镜可以直接收集来自系外行星的光线，而不是像开普勒空间望远镜那样，间接检测它们的存在。这些地面天文望远镜搜集到的数据同样显示了异常行星的存在。它们发现了体量为木星数倍的巨型行星，以海王星与太阳距离的2倍围绕它们的恒星运转——这是另一个理论学家认为的不可能生成大型行星的区域。其他恒星系统跟我们有序的太阳系完全不同，这给那些用于解释行星形成的、我们耳熟能详的理论带来了挑战。
　　斯坦福大学物理学家布鲁斯·麦金托什说：“从第一天开始，理论无法和现实很好契合这一点就很明显，从来没有哪一个理论能跟得上观测。”
　　理论学家正在试着迎头赶上——寻找合理情形来解释之前被认为不可能存在的行星，如何在不可能生成行星的区域内生成。他们设想，行星在比之前认识到的更为机动和混乱的环境中形成，然后从宽轨道飘移到窄轨道上，或者受其他天体碰撞而反弹到拉长或者失衡的轨道上。但是观测者发现的越来越多的独特行星意味着每个新的理论模型都只是暂时的。德国海德堡马克斯·普朗克研究所的天体物理学家托马斯·亨宁说：“每天都能发现新东西，这种情况就像是淘金。”
　　恒星和它的行星系统形成的传统模型可以追溯到18世纪，当时的科学家提出缓慢旋转的尘埃和气体云可以在自身引力下坍缩。大多数物质形成球状，当内核密度足够大、温度足够高时会被点燃形成恒星。在引力和角动量的作用下，剩余的物质在原恒星周围形成扁平的吸积盘。尘埃是这个吸积盘形成一系列行星的关键。这些仅占据吸积盘质量很小一部分的尘埃由微小的铁颗粒和其他固体组成。在随着吸积盘旋转的过程中，这些颗粒偶尔会发生碰撞并由电磁力粘连在一起。在数百万年的进程中，尘埃堆积成颗粒，颗粒形成砾石，砾石生成岩石，最终产生数千米宽的微行星。
　　此时引力开始起到主要作用，拉近其他微行星，吸入尘埃和气体，直到行星大小的天体成形。此时吸积盘内侧大多数气体已经被清理干净，不是被恒星吞噬就是被恒星风吹散了。气体的缺乏意味着靠近恒星的行星大部分是岩石质的，具有很薄的大气层。
　　这一生长过程被称为核吸积，在吸积盘外侧温度足够低、能够使水冻结的区域进行得更快。这一“雪线”之外的冰是对尘埃的补充，可使原行星更快固定。它们可以形成5倍到10倍于地球质量的固体核。因为这一过程足够快，吸积盘能够保持富含气体的状态，核可以吸引浓厚的大气层，所以可以形成像木星这样巨大的气体行星。早些时候到达木星的“朱诺”航天器的主要任务之一，就是检查这颗行星是不是确实具有一个巨大的核。
　　这种情形自然会产生一个类似太阳系的恒星系统：距离恒星较近的范围内产生小型岩石质行星，“雪线”以外产生与木星类似的巨型气体行星，距离恒星越远，这些巨型行星的体积越小，因为它们绕轨道运转得很慢，吸积物质所花费的时间更长。所有行星都基本保持在它们形成时的位置上，在同一平面上以圆形轨道公转，漂亮并且整洁。
　　但是热木星的发现意味着这一理论有着严重的错误。我们原来认为，在距离恒星极近的轨道上运行的行星，公转周期只有若干天，这限制了它形成过程中能够吸积的物质数量。气体巨星在这个位置上形成看上去令人难以置信。所以有人认为它们是在距离恒星更远的外侧形成之后迁移进来的。
　　理论学家提出了两种可能的机制来解释行星位置的重排。第一个机制叫作迁移：在巨型行星形成之后，吸积盘内有足够的剩余物质。行星引力让吸积盘产生变形，在局部产生密度较高的区域，这些区域反过来对行星产生引力牵拉，使得行星逐渐向离恒星更近的内部飘移。
　　这一想法获得了证据支持。相邻的行星经常处于被称为“轨道共振”的稳定引力相互作用关系中。这一现象产生的条件是它们的轨道长度具有小的整数比例关系。拿冥王星来说，它沿轨道绕太阳公转两圈，等于海王星绕太阳公转三圈。这不太可能是行星生成时就具有的特点，因此它们应该是迁移到了如今的地点，被额外的稳定性锁定在了这一轨道上。太阳系历史早期的迁移可以解释其他异常现象，例如火星为什么会比地球小，以及稀疏和被瓦解的小行星带。为了解释这些现象，理论学家援引了被称为“大策略”的运动过程，即木星起初在距离太阳更近的位置形成，向内飘移到接近地球轨道的位置上，然后再向外飘移到今天的轨道上。

　　一些模型学者认为这种情形不必要地复杂了。“我确实相信奥卡姆剃刀理论。”加州大学圣克鲁兹分校的天文学家格里戈·劳克林说。劳克林提出，行星更有可能是在它们今天的位置上形成并稳定下来的。他说，如果原行星盘中含有更多物质，巨型行星就有可能在离恒星更近的位置生成。行星仍然可能产生一些运动——例如足以解释轨道共振的移动——但是“这是最后的微调， 而不是像传送带那样的大型运动”。