奇妙的行星动物园

作者: 王素

来源: 中国科学院紫金山天文台

发布日期: 2021-02-23 17:00:00

本文介绍了系外行星的发现及其多样性,讨论了行星系统的共振现象和不同构型,如极短周期行星和紧致多行星系统,并指出这些发现对理解太阳系形成与演化的重要性。

很长一段时间以来,人们理所当然地认为所有的行星系统都应该与太阳系类似。直到1995年,第一颗主序恒星周围的系外行星——飞马座51b(51 Pegasi b)——被发现,人们对行星系统的认知也随之被打破。

飞马座51b简直是一个怪胎:它拥有近似木星的质量和大约两倍于木星的体积,却运行在距离中心恒星平均只有0.05天文单位(1天文单位约为1.5亿公里)的轨道上,比水星与太阳之间的平均距离(约0.4天文单位)还要小得多。它绕恒星公转一圈仅需要4天多一点,活脱脱一个敏捷胖子的喜感形象。

随着KEPLER、TESS等空间探测任务的实施,天文学家发现了更多千奇百怪的系外行星系统,如同进入了行星动物园一般。目前人们已经发现了超过4000颗系外行星,其中包含了七百多个多行星系统,这些多行星系统无一与太阳系构型相同。

共振现象从物理上可以简单地理解为当物体的固有频率和外来驱动频率接近时,震动幅度发生较大变化的现象。

它在声学中表现为“共鸣”,在电学中表现为“谐振”,而在行星系统构型中则表现为受引力影响引起的“轨道共振”,表现为两个天体在同一系统中运动的轨道周期成简单整数比。

这种构型在太阳系中比比皆是,比如小行星带中柯克伍德空隙(Kirkwood Gaps)的位置大部分是与木星发生平运动共振的位置;木星的三颗伽利略卫星(木卫一、木卫二、木卫三)在绕木星的运动中处于1:2:4共振中;冥王星跟海王星的公转周期比是3:2;等等。

在迄今发现的系外行星中,有一类非常特别,其轨道周期小于一天,被称为极短周期行星。这类行星有时又被称为热地球(hot Earth),因为它们距离中心恒星太近了。可以想象,其表面必将是一派熔岩肆虐的景象。

随着系外行星发现数目的增加,多行星系统的数目也在不断增加。目前已经确认的系统中至少包含了6个六行星系统、1个七行星系统和1个八行星系统。不同于太阳系的八颗行星散落在几十个天文单位的范围内,而在水星内部空无一物的情况,这些系外行星中的多行星系统构型较为紧致。这可能是由于所采用的凌星法更易于发现轨道周期在几十天内的行星。

随着系外行星的发现,人类逐渐意识到太阳系的构型居然是如此的与众不同,又与其它构型存在着千丝万缕的联系。在行星动物园里出现了构型各异的家族:有的靠大哥掌控全局;有的靠大家自觉按照规定的秩序排排坐;有的有恋家的孩子紧紧地依靠着母亲,其它的孩子则抱团在外打拼;有的则兄弟姐妹紧紧地靠在一起相互慰藉取暖。充分了解各类构型的行星系统的异同之处将是我们深入认识太阳系形成与演化的关键一步。

UUID: 8351a7f9-82b7-4c76-8e40-6b3ee5a5e8a0

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/中科院之声公众号-pdf2txt/2021/中科院之声_2021-02-23_「转」奇妙的行星动物园.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0041 元