<p>一種關(guān)于巖質(zhì)行星如何形成的新理論可以解釋所謂的&ldquo;超級(jí)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(gè)行星系統(tǒng)中的超級(jí)地球通常在大小上看起來(lái)奇怪地相似，就好像每個(gè)系統(tǒng)只能產(chǎn)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(duì)系外行星的觀測(cè)在過(guò)去十年中不斷增長(zhǎng)，很明顯，行星形成的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)解釋太陽(yáng)系中類地行星的形成，以及超級(jí)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(lái)是巖石的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州理工學(xué)院行星科學(xué)教授康斯坦丁&middot;巴蒂金(10屆碩士，12屆博士)說(shuō)，他與法國(guó)C&ocirc;te d&rsquo;azur天文臺(tái)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(xué)》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(zhuǎn)圓盤，這些圓盤在數(shù)百萬(wàn)年左右的時(shí)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(zhì)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(yáng)系中，有兩種不同類型的行星:距離太陽(yáng)最近的較小的巖石內(nèi)行星和距離太陽(yáng)較遠(yuǎn)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(xué)》雜志上的一項(xiàng)早期研究中，這種二分法導(dǎo)致Morbidelli、Batygin和同事們認(rèn)為，我們太陽(yáng)系的行星形成發(fā)生在原行星盤的兩個(gè)不同的環(huán)中:一個(gè)是由小型巖石行星形成的內(nèi)環(huán)，另一個(gè)是由更大質(zhì)量的冰行星形成的外環(huán)(其中兩個(gè)&mdash;&mdash;木星和土星&mdash;&mdash;后來(lái)發(fā)展成為氣體巨星)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>超級(jí)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(lái)幾乎像氣體巨星。此外，它們的軌道經(jīng)?？拷鼈兊暮阈牵@表明它們是從更遠(yuǎn)的軌道遷移到現(xiàn)在的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>莫比德利說(shuō):&ldquo;幾年前，我們建立了一個(gè)模型，超級(jí)地球在原行星盤的結(jié)冰部分形成，并一路遷移到盤的內(nèi)緣，靠近恒星。&rdquo;該模型可以解釋超級(jí)地球的質(zhì)量和軌道，但預(yù)測(cè)所有超級(jí)地球都富含水。然而，最近的觀測(cè)表明，大多數(shù)超級(jí)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(duì)我們舊模式的死刑判決。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在過(guò)去的五年里，這個(gè)故事變得更加奇怪，因?yàn)榭茖W(xué)家們&mdash;&mdash;包括加州理工學(xué)院天文學(xué)教授安德魯&middot;霍華德領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì);圣母大學(xué)(University of Notre Dame)助理教授Lauren Weiss;Erik Petigura和Erik Petigura(前加州理工學(xué)院天文學(xué)博士后學(xué)者，現(xiàn)加州大學(xué)洛杉磯分校教授)研究了這些系外行星，并有了一個(gè)不尋常的發(fā)現(xiàn):雖然存在各種各樣的超級(jí)地球，但在一個(gè)行星系統(tǒng)內(nèi)的所有超級(jí)地球在軌道間距、大小、質(zhì)量和其他關(guān)鍵特征方面趨于相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;勞倫發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)行星系統(tǒng)中，超級(jí)地球就像&lsquo;豆莢里的豌豆&rsquo;，&rdquo;霍華德說(shuō)，他與Batygin-Morbidelli的論文沒(méi)有直接聯(lián)系，但他審閱了這篇論文。&ldquo;你基本上有一個(gè)行星工廠，只知道如何制造一種質(zhì)量的行星，它只是一個(gè)接一個(gè)地把它們噴射出來(lái)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>那么，是什么單一的過(guò)程產(chǎn)生了太陽(yáng)系中的巖石行星，同時(shí)也產(chǎn)生了巖石超級(jí)地球的統(tǒng)一系統(tǒng)呢?</p> <p>&nbsp;</p> <p>Batygin說(shuō):&ldquo;答案原來(lái)與我們?cè)?020年發(fā)現(xiàn)的、但沒(méi)有意識(shí)到適用于更廣泛的行星形成的東西有關(guān)。&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(zhì)上講，他們證明了，對(duì)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(gè)物質(zhì)環(huán)，構(gòu)成了后來(lái)形成月球的堅(jiān)實(shí)基石。此外，該理論還表明，由于氣體驅(qū)動(dòng)的遷移，天體會(huì)在環(huán)內(nèi)生長(zhǎng)，直到它們足夠大才能離開環(huán)。在那之后，它們停止生長(zhǎng)，這就解釋了為什么這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)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(jī)制在很大程度上是相同的。在行星的情況下，固體巖石物質(zhì)的大規(guī)模集中發(fā)生在圓盤上一個(gè)狹窄的帶，稱為硅酸鹽升華線&mdash;&mdash;在這個(gè)區(qū)域，硅酸鹽蒸汽凝結(jié)形成固體的巖石卵石。&ldquo;如果你是一粒塵埃，你會(huì)在圓盤中感受到相當(dāng)大的逆風(fēng)，因?yàn)闅怏w的軌道速度要慢一些，你會(huì)朝著恒星旋轉(zhuǎn);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(zhì)積累的地方。&rdquo;Batygin說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>新的理論認(rèn)為這個(gè)帶可能是&ldquo;行星工廠&rdquo;的所在地，隨著時(shí)間的推移，可以產(chǎn)生幾個(gè)相似大小的巖態(tài)行星。此外，當(dāng)行星變得足夠大時(shí)，它們與圓盤的相互作用將傾向于將這些世界向內(nèi)吸引，更接近恒星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Batygin和Morbidelli的理論得到了大量計(jì)算機(jī)建模的支持，但他們的理論始于一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)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(wèn)道，&lsquo;我們認(rèn)為什么斷言是理所當(dāng)然的?&rsquo;&rdquo;Batygin說(shuō)。&ldquo;訣竅在于，要看那些每個(gè)人都認(rèn)為是真的，但卻沒(méi)有充分理由的東西。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這種情況下，假設(shè)固體物質(zhì)分散在原行星盤中。Batygin說(shuō)，通過(guò)拋棄這一假設(shè)，轉(zhuǎn)而假設(shè)第一個(gè)固體以環(huán)的形式形成，新理論可以用一個(gè)統(tǒng)一的框架來(lái)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(zhì)量，行星就會(huì)不斷生長(zhǎng)，直到它們遠(yuǎn)離巖石環(huán)，從而形成一個(gè)類似超級(jí)地球的系統(tǒng)。如果環(huán)的質(zhì)量很小，它產(chǎn)生的系統(tǒng)看起來(lái)更像我們太陽(yáng)系的類地行星。</p> <p>&nbsp;</p> <p>霍華德說(shuō):&ldquo;我是一名觀察者和儀器制造商，但我非常密切關(guān)注文獻(xiàn)。&rdquo;&ldquo;我們會(huì)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(huì)有人做出一些東西，在該領(lǐng)域產(chǎn)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(jí)地球》。支持這項(xiàng)研究的資金來(lái)自加州理工學(xué)院，天文臺(tái)de la C&ocirc;te d&rsquo;azur，大衛(wèi)和露西爾帕卡德基金會(huì)，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和歐洲研究委員會(huì)。</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(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>