揭“超級地球”“迷你海王星”演化

揭“超級地球”“迷你海王星”演化

多 姿

郭守敬望遠鏡（左）

工作人員對郭守敬望遠鏡MA子鏡進行夏季維護

成果示意圖

揭“超級地球”“迷你海王星”演化

在浩瀚的宇宙中，有些行星在太陽系中完全不存在，比如“超級地球”和“迷你海王星”，卻在銀河系的其他恆星周圍極為普遍——它們的尺寸介於地球與海王星之間。這一“中間尺寸”地帶，正是系外行星分佈最密集的區域，也成為天文學界最令人困惑的謎題之一。

中國科學院國家天文台日前發佈消息稱，基於中國科學院國家天文台負責運行的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡(LAMOST)觀測的大樣本數據，並結合歐洲蓋亞衛星以及開普勒太空望遠鏡的觀測數據，南京大學的研究團隊聯合國內外研究人員發現“超級地球”與“迷你海王星”在軌道偏心率與周期關係上遵循截然相反的規律，並從動力學上揭示這兩類相近行星族群經歷了不同演化路徑。

太陽系中，行星分佈呈現出鮮明的“內小外大”格局：內部是四顆岩石行星（水星、金星、地球、火星），外部是四顆氣態與冰巨行星（木星、土星、天王星、海王星）。研究人員指出，二○○九年開普勒太空望遠鏡升空以來，天文學家在太陽系外發現了數千顆系外行星，其中絕大多數半徑介於地球與海王星之間。這些“中間尺寸”的行星並非一個單一群體，而是被一條稱之為“半徑穀”的界線分成了兩類：一類是體積略大於地球、主要由岩石和鐵構成的“超級地球”；另一類是體積更大、擁有很厚氣體包層的“迷你海王星”。

一個關鍵問題始終懸而未決：這兩類行星除了成分不同，它們的動力學演化過程是否也存在本質差異？研究團隊此次通過理論模型發現，“超級地球”以及“迷你海王星”經歷了完全不同的動力學演化路徑。

“‘超級地球’就像是系外行星系統中的‘倖存者’。”研究人員解釋，“它們可能曾經歷劇烈的行星散射、巨大撞擊等‘暴力事件’，導致軌道被隨機激發至較高的偏心率，隨後又被潮汐作用快速圓化。而‘迷你海王星’則像是生活在‘寧靜區’的‘原住民’，它們受溫和的長期軌道演化主導，偏心率由外向內緩慢傳遞，很少經歷劇烈的動力學事件。”

研究人員指出，“超級地球”和“迷你海王星”看似相似，實則“性格”迥異。它們的軌道演化史是理解行星系統形成與演化的關鍵拼圖。”據介紹，這項成果加深了對行星系統多樣性的認識，也為人類完整認知系外行星的形成與演化拼出了更清晰的全景。該研究充分彰顯了我國郭守敬望遠鏡在大樣本恆星參數測量方面的獨特優勢。結合蓋亞衛星的天體測量數據，郭守敬望遠鏡為系外行星宿主恒星提供了高精度的質量、半徑、年齡、金屬豐度等信息，使得對各種行星族群的軌道偏心率開展系統性研究成為可能。正是這些高精度恆星參數，為“凌星持續時間比”方法測量偏心率和剔除恆星屬性影響提供了重要支撐。

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