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作者 主題: 宇宙行星的惊人多样性  (閱讀 2714 次)
peter
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星系團
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文章: 47917



« 於: 2015-05-25 10:09:32 »

宇宙行星的惊人多样性
http://www.cnbeta.com/articles/396449.htm

利用开普勒天文望远镜,天文学家发现了各种不同形状和大小的行星和行星系统,譬如一个规模相当于木星和它的最大的四颗卫星的Q版行星系。在另一些星系中,行星绕行的轨道面与恒星的旋转轴的角度非常大。还有少数星系,行星可以同时围绕两个恒星旋转,类似于令星球大战影迷疯狂的双恒星星系现实版。消失在太阳系内部的小行星(Johan Swanepoel/Alamy)

太阳系里的行星不是小型的岩石星球就是巨型的气体星球。但是现在,天文学家发现其他大部分行星都没法归入这两个类别,而是介于两种类型之间,没气海王星(气体行星)大,比地球小。最小的一颗偶尔被称为“超级地球”(这个名字有些误导,因为超级地球一点也没必要像地球,只是个头比地球大些),可能是个岩石行星。稍大一些的叫子海王星,里面大部分是气体。

更奇怪的是,很多行星的轨道都离恒星非常近,比水星与太阳的距离还要近。2009年天文学家第一次发现这种行星时,大多数天文学家都是持怀疑态度的。“简直是疯狂到令大多数人都不相信”Laughlin说。开普勒上天后,证实了它确实存在,而且无处不在。事实上,银河系里半数的恒星可能都拥有这种紧密的超级地球式的行星。

“这算是最大的不同点之一,”Laughlin说,“因为在距离太阳最近的水星与太阳之间,空空如也,连一颗小行星都没有。”

木星是另一个让太阳系奇怪起来的地方。像木星那样的大行星并不常见,而且大多数的轨道半径都地球和火星的轨道半径差不多。与木星轨道半径相近的大行星只有2%。

没人知道太阳系为何与众不同,对此,Laughlin有自己的观点。他在解释中设计了一个精巧的场景,游牧的木星突袭并摧毁了还在婴儿时期的行星,改变了太阳系的命运,为我们所深爱的地球清出一条路。

过去天文学家认为行星诞生的地方就是它们现在所处的位置。炙热的恒星附近,一些以发挥的化合物如冰和气体都不会存在太久。留下来都是岩石或者金属,所以太阳附近存活下来的是岩石类的行星。远离恒星的地方气体和碎冰才能得以保存,最终汇形成我们今天所见到的气体行星。

不过,天文学家后来也发现了靠近恒星的气体行星。此时天文学家才意识到这些气体恒星很可能是在形成之后再慢慢靠近恒星的。行星迁移可能很普遍,太阳系里的气体行星可能都有这样折腾过。在太阳系形成的早期,木星也曾经移动过。这一过程被称为“大策略模型”(Grand Tack Model),木星走的不是直线,而是类似于帆船在海面上行驶的“之”字形路线。在这个假设场景中,木星形成的位置距离太阳要比现在的近,大约三个天文单位(一个天文单位等于地球到太阳之间的平均距离,简称“1AU”)左右。那时的太阳还是几百万岁的婴儿,在不停地充气。

当木星绕着太阳转动时,木星轨道外围的气体不断的将木星推向太阳系内部,这个过程被土星的形成打断了。土星形成于木星的外围,它阻断了把木星推向太阳的气体。此时,木星距离太阳的距离已经缩短了一半。另一股力量占了主导,木星与其轨道内部的气体之间的互动力又把木星往后拖,木星才得以脱险,安享在距离太阳5.2个天文单位的地方

“大策略模型”理论解释了太阳系中很多不能解释的特征,这让行星学家们很兴奋。木星这个一来一回的路线清除了路上的气体障碍,天文学家据此设想这一过程对火星的形成至关重要。之前的理论框架中推算出的火星体积过大,与现实不符。而“大策略模型”下的火星大小刚刚好。“大策略”中推测出的小行星在带质量、轨道以及构成物质上,都接近于我们今天所看到的小行星带。“大策略”只能描述木星是如何到达现在一个相对较远的位置上的,解释不了为什么木星是太阳系里形成的第一颗行星。

Laughlin承认“大策略理论”听上去太复杂,有点疯狂。“事实上,你不得不去怀疑它的可能性。从过去到现在,我一直在怀疑。”但是考虑到到目前为止,也只有“大策略”理论是比较成功的,Laughlin和另一个来自美国加州帕萨迪纳研究所理论学家Konstantin Batygin,决定继续沿用“大策略”模型进行深入研究。“先把怀疑放一边,看看大策略能给我们带来什么样的结果。”

木星的征途

结果非常暴力。计算机模拟显示,当木星不断向太阳系内部进发时,一路上横扫千军,像一架犁,犁过了所有气体、尘埃和半成型的行星——直径小于1000公里的行星,也被成为星子,并触发了星子之间的碰撞,碎裂成更小的石块。当石块直径小于1公里时,周围的气体便轻而易举地将它们拖进了太阳。从目前的数据上看,“大策略”理论还是颇有希望被证实的。“初步迹象开了个好头,”Laughlin说“那些周围存在超级地球的恒星是没有类似木星的远处行星的”

到底能不能被证实,得到了2017年太阳系外行星调查卫星(TESS)发射之后才能揭晓。外行星调查卫星将在太阳附近搜寻行星。

Laughlin不会一直按照“大策略”模型来。“我们只是知道了太阳系比较特别,”他说,“这是初步理解这一现实所要做的工作之一。我敢肯定,还会有很多更好的更有说服力的理论在等着我们。”

只有小古怪,没有大不同

太阳系真的古怪到孤家寡人的地步?“眼前所有的迹象都在暗示着我们是这个宇宙的稀有物种,”Walsh说。但同时,宇宙行星的排查工作还远位完成。

天文学家只是尚未探测到许多类似太阳系中的行星。“只用目前的方法更难难发现与我们类似的行星系统,”来自宾夕法尼亚州立大学的行星学家Jim Kasting说,“我们没找到并不意味着它们不常见,只能说明它们不容易被发现。”

==> 過幾年可能說法又不同

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