<p>一種關于巖質行星如何形成的新理論可以解釋所謂的&ldquo;超級地球&rdquo;的起源&mdash;&mdash;一類比地球大幾倍的系外行星，是銀河系中數(shù)量最多的行星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>此外，它還可以解釋為什么一個行星系統(tǒng)中的超級地球通常在大小上看起來奇怪地相似，就好像每個系統(tǒng)只能產生一種行星一樣。<a href="https://youtu.be/EaKJWtMQGKY">https://youtu.be/EaKJWtMQGKY</a></p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;隨著我們對系外行星的觀測在過去十年中不斷增長，很明顯，行星形成的標準理論需要從基本原理開始修訂。我們需要一種理論，可以同時解釋太陽系中類地行星的形成，以及超級地球自相似系統(tǒng)的起源，其中許多系統(tǒng)在組成上看起來是巖石的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州理工學院行星科學教授康斯坦丁&middot;巴蒂金(10屆碩士，12屆博士)說，他與法國C&ocirc;te d&rsquo;azur天文臺的亞歷山德羅&middot;莫比德利合作研究新理論。1月12日，《自然天文學》雜志發(fā)表了一篇解釋他們工作的論文。</p> <p>&nbsp;</p> <p>行星系統(tǒng)的生命周期始于由氣體和塵埃組成的大型旋轉圓盤，這些圓盤在數(shù)百萬年左右的時間里逐漸鞏固。大部分氣體吸積到系統(tǒng)中心的恒星中，而固體物質慢慢地合并成小行星、彗星、行星和衛(wèi)星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在我們的太陽系中，有兩種不同類型的行星:距離太陽最近的較小的巖石內行星和距離太陽較遠的較大的富含水和氫的氣體巨行星。在2021年底發(fā)表在《自然天文學》雜志上的一項早期研究中，這種二分法導致Morbidelli、Batygin和同事們認為，我們太陽系的行星形成發(fā)生在原行星盤的兩個不同的環(huán)中:一個是由小型巖石行星形成的內環(huán)，另一個是由更大質量的冰行星形成的外環(huán)(其中兩個&mdash;&mdash;木星和土星&mdash;&mdash;后來發(fā)展成為氣體巨星)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>超級地球，顧名思義，比地球還要大。有些甚至有氫大氣層，這使它們看起來幾乎像氣體巨星。此外，它們的軌道經常靠近它們的恒星，這表明它們是從更遠的軌道遷移到現(xiàn)在的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>莫比德利說:&ldquo;幾年前，我們建立了一個模型，超級地球在原行星盤的結冰部分形成，并一路遷移到盤的內緣，靠近恒星。&rdquo;該模型可以解釋超級地球的質量和軌道，但預測所有超級地球都富含水。然而，最近的觀測表明，大多數(shù)超級地球都是由巖石組成的，就像地球一樣，即使被氫大氣層包圍。這是對我們舊模式的死刑判決。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在過去的五年里，這個故事變得更加奇怪，因為科學家們&mdash;&mdash;包括加州理工學院天文學教授安德魯&middot;霍華德領導的團隊;圣母大學(University of Notre Dame)助理教授Lauren Weiss;Erik Petigura和Erik Petigura(前加州理工學院天文學博士后學者，現(xiàn)加州大學洛杉磯分校教授)研究了這些系外行星，并有了一個不尋常的發(fā)現(xiàn):雖然存在各種各樣的超級地球，但在一個行星系統(tǒng)內的所有超級地球在軌道間距、大小、質量和其他關鍵特征方面趨于相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;勞倫發(fā)現(xiàn)，在一個行星系統(tǒng)中，超級地球就像&lsquo;豆莢里的豌豆&rsquo;，&rdquo;霍華德說，他與Batygin-Morbidelli的論文沒有直接聯(lián)系，但他審閱了這篇論文。&ldquo;你基本上有一個行星工廠，只知道如何制造一種質量的行星，它只是一個接一個地把它們噴射出來。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>那么，是什么單一的過程產生了太陽系中的巖石行星，同時也產生了巖石超級地球的統(tǒng)一系統(tǒng)呢?</p> <p>&nbsp;</p> <p>Batygin說:&ldquo;答案原來與我們在2020年發(fā)現(xiàn)的、但沒有意識到適用于更廣泛的行星形成的東西有關。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>2020年，Batygin和Morbidelli提出了木星四顆最大衛(wèi)星(木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四)形成的新理論。從本質上講，他們證明了，對于特定大小范圍的塵埃顆粒，將顆粒拖向木星的力和將這些顆粒帶向外的氣流的力(或夾帶)完全抵消了。這種力量的平衡創(chuàng)造了一個物質環(huán)，構成了后來形成月球的堅實基石。此外，該理論還表明，由于氣體驅動的遷移，天體會在環(huán)內生長，直到它們足夠大才能離開環(huán)。在那之后，它們停止生長，這就解釋了為什么這個過程會產生相似大小的身體。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他們的新論文中，Batygin和Morbidelli提出，在恒星周圍形成行星的機制在很大程度上是相同的。在行星的情況下，固體巖石物質的大規(guī)模集中發(fā)生在圓盤上一個狹窄的帶，稱為硅酸鹽升華線&mdash;&mdash;在這個區(qū)域，硅酸鹽蒸汽凝結形成固體的巖石卵石。&ldquo;如果你是一粒塵埃，你會在圓盤中感受到相當大的逆風，因為氣體的軌道速度要慢一些，你會朝著恒星旋轉;但如果你是蒸汽，你只是和膨脹盤里的氣體一起向外螺旋。所以你從蒸汽變成固體的地方就是物質積累的地方。&rdquo;Batygin說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>新的理論認為這個帶可能是&ldquo;行星工廠&rdquo;的所在地，隨著時間的推移，可以產生幾個相似大小的巖態(tài)行星。此外，當行星變得足夠大時，它們與圓盤的相互作用將傾向于將這些世界向內吸引，更接近恒星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Batygin和Morbidelli的理論得到了大量計算機建模的支持，但他們的理論始于一個簡單的問題。&ldquo;我們研究了現(xiàn)有的行星形成模型，知道它不能再現(xiàn)我們所看到的，并問道，&lsquo;我們認為什么斷言是理所當然的?&rsquo;&rdquo;Batygin說。&ldquo;訣竅在于，要看那些每個人都認為是真的，但卻沒有充分理由的東西。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這種情況下，假設固體物質分散在原行星盤中。Batygin說，通過拋棄這一假設，轉而假設第一個固體以環(huán)的形式形成，新理論可以用一個統(tǒng)一的框架來解釋不同類型的行星系統(tǒng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>如果巖石環(huán)含有大量質量，行星就會不斷生長，直到它們遠離巖石環(huán)，從而形成一個類似超級地球的系統(tǒng)。如果環(huán)的質量很小，它產生的系統(tǒng)看起來更像我們太陽系的類地行星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>霍華德說:&ldquo;我是一名觀察者和儀器制造商，但我非常密切關注文獻。&rdquo;&ldquo;我們會定期收到一些微不足道但仍然很重要的捐款。但每隔五年左右，就會有人做出一些東西，在該領域產生翻天覆地的變化。這就是其中一份文件。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這篇論文題為《從狹窄的星子環(huán)中形成巖石超級地球》。支持這項研究的資金來自加州理工學院，天文臺de la C&ocirc;te d&rsquo;azur，大衛(wèi)和露西爾帕卡德基金會，國家科學基金會和歐洲研究委員會。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>