很多证据表明太阳系是一个非常怪异的所在。太阳系拥有木星和土星两颗巨行星。相比之下，只有大约10%的类日恒星系统存在一颗巨行星，拥有两颗巨行星的更是凤毛麟角。除了巨行星，太阳系还有水星这样的“小不点”，个头只比地球的卫星大一点。天文学家表示像太阳系这样的模式在宇宙中非常罕见，目前还没有发现第二个。
太阳系全家福
太阳系拥有一系列怪异的特征，除了木星和土星这样的气态巨行星，太阳系还有水星这样的“迷你”行星。如果太阳系是一个怪异的恒星系统，那典型的恒星系统又该长什么样？在望远镜的帮助下，蒙特利尔大学的天体物理学家劳伦·维斯和她的研究小组对355个存在多颗行星的恒星系统进行观测。根据他们的发现，个体恒星系统内的绝大多数行星拥有相似的体积。
维斯说：“去年在加州，一个阳光明媚的下午，我突然意识到可能存在一系列模式，统治太阳系以外的行星系统，但我有一些怀疑。这些模式是否真实存在？是否只是我的一种错觉？如果真实存在，对于太阳系在宇宙中的位置，这些模式又意味着什么？在那个阳光明媚的下午，我发现了一种模式：在同一个系统内，行星的体积往往差不多。例如，如果一颗行星的半径是地球的1.5倍，系统内其它行星的半径也很可能是地球的1.5倍左右。”
开普勒望远镜发现了数千颗系外行星
维斯指出：“但事实并非我和同事预想的那样。在我们的太阳系，行星的体积存在很大差异。水星的半径不到地球的一半，木星的半径是地球的10倍。在开普勒望远镜发现的系外行星中，个头小的只有地球的四分之一，大的则达到地球的20倍左右。尽管体积千差万别，行星的个头往往与邻居不相上下。我的一位同事说它们就像是豆荚中的豌豆。我们的模式最后采用了这个非常形象的比喻。”
1月，维斯领导的一支国际研究小组发现围绕同一颗恒星运行的系外行星具有相似的体积，轨道间隔也有规律可循。在对开普勒望远镜发现的行星系统进行观测时，凯克天文台发现了这种模式。这意味着绝大多数行星系统的形成历史都与太阳系不同。维斯说：“如果行星的体积或者间隔带有随机性，便不会出现这种模式。”
夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台
美国宇航局的开普勒望远镜于2009年发射升空，迄今为止已发现了数千颗系外行星。这个大样本不仅允许科学家对个体系统进行研究，同时还能帮助他们得出行星系统的一般性结论。维斯是加州开普勒观测小组的成员。他们利用夏威夷莫纳克亚山的凯克天文台获取1305颗恒星的高分辨率光谱。这些恒星拥有2025颗行星，均由开普勒望远镜发现。通过这些光谱，他们对恒星及其行星的体积进行精确测算。
在维斯带队进行的分析中，研究小组将目光聚焦355个多行星系统的909颗行星。这些行星与地球的距离大都在1000到4000光年之间。通过统计分析，研究小组发现了两种意想不到的模式。他们发现在同一个系统，邻近行星的体积差不多。也就是说，如果一颗行星的个头很小，环绕同一恒星的邻近行星也可能是小不点；如果一颗行星的个头很大，邻近行星很可能也是大块头。此外，环绕同一恒星的行星的轨道间距往往有规律可循。
艺术概念图系外行星Kepler-36b和Kepler-36c
系外行星的类似体积和轨道间距能够对大多数行星系统的形成产生影响。在经典的行星形成理论中，行星在新生恒星周围的原行星盘形成。这些行星排列紧凑，可能拥有相似的体积和有规则的轨道间距，与维斯等人发现的模式类似。
但在我们的太阳系，四颗内侧行星的轨道间距很大，体积也是迥然不同。在太阳系内发现的大量证据显示，木星和土星扰乱了太阳系的早期结构，导致这四颗类地行星的轨道间距很大。在绝大多数行星系统，行星的大小相当并且轨道间距有规则，说明它们形成后几乎没受到任何干扰。
类地行星艺术概念图
为了验证他们的假设，维斯在凯克天文台进行了一项新研究，在开普勒发现的多行星系统搜寻类木行星。维斯等人研究的行星系统拥有多颗距母星很近的行星。由于开普勒任务的持续时间有限，科学家对这些系统的外侧行星的类型知之甚少。对于这些系统，他们希望确定较远的轨道距离是否存在类木行星。如果存在，是否与内侧行星的模式类似。
对于太阳外系统内侧行星的相似性，科学家需要找到一个合理的解释。如果能够确定行星体积的决定因素，有助于科学家判断哪些恒星系统更有可能存在宜居类地行星。研究论文刊登在《天文学杂志》上。
