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中国科学家发现短周期类地行星形成机制

中国科学院紫金山天文台在一项最新研究中,发现太阳系外短周期类地行星的形成机制和轨道特征。由中国科学家季江徽研究员领衔的科研团队3月1日详细披露这一研究内容。

新华社南京2月24日电记者24日从中科院紫金山天文台获悉,中科院行星科学重点实验室、紫金山天文台季江徽研究员领衔的科研团组在一项最新研究中,发现了太阳系外短周期类地行星的形成机制和轨道特征。这一研究,对了解行星系统的形成和演化具有重要意义。

据季江徽介绍,短周期类地行星是指一类距离恒星很近、质量与地球相当的系外行星。目前国际天文学界发现的3500多颗系外行星中,有十分之一以上是短周期类地行星。由于距恒星很近,它们的公转周期一般不超过50天左右。此次研究的类地行星,最短公转周期仅6-10天。

短周期类地行星是一类距离恒星很近、质量与地球相当的系外行星。目前国际天文学界发现的3500多颗系外行星中,有十分之一以上是短周期类地行星。由于距恒星很近,它们的公转周期一般不超过50天左右,其中有些与恒星距离甚至仅相当于地日距离的二十分之一,公转周期只有10天左右。这类行星具有什么特征、它们与恒星距离为何如此之近,一直是天文学家探索的问题。

季江徽称,例如NASA(美国国家航空航天局)近期公布的“葫芦娃”行星系统TRAPPIST-1的七个行星就属于短周期类地行星,他们的公转周期在1.5天到20天之间。

季江徽介绍,在最新进行的这项研究中,科研人员进行了大量数值模拟和建模。研究发现,短周期类地行星并非一开始就都处在距离恒星很近的位置,它们的形成经历了轨道由外向内的迁移。伴随迁移过程,这些短周期类地行星自身质量也不断增长,最终质量与地球相当时达到稳定。

根据本项研究,短周期类地行星形成可能有两种机制:一是原地“生长”,即质量较大的原行星盘经过长时间演化,原地形成这些行星;另一种可能是异地“迁徙”,即行星胚胎在行星盘中经历向内轨道迁移而形成,逐步靠近恒星。

此外,进一步的轨道周期研究还表明,在由3颗类地行星组成的行星系统中,大约有17%在行星公转周期之比接近于4:2:1时可达到稳定。

第二种形成机制也被季江徽形象地称为“搬家”。季江徽认为,行星一旦“搬家”至“宜居带”内,则很有可能产生适合孕育生命的各项条件。同时,伴随迁移过程,这些短周期类地行星自身质量也不断增长,最终形成与地球相当的短周期“超级地球”。

“这些研究不仅帮助人们理解短周期类地行星的形成机制和轨道特征,还可以进一步拓展,进而解释其他类似行星系统的形成与演化。比如科研人员已经在此次数值模拟中发现,一颗木星质量行星、一颗类地行星以及一颗土星质量行星形成的行星系统,在公转周期之比接近4:2:1时也可达到稳定。我们也期待,在将来的天文观测中能找到这样的行星系统实例。”季江徽说。

针对不同天体的运动特点,该研究开展大量数值理论研究。研究表明,在由3颗类地行星组成的行星系统中,大约有17%在行星公转周期之比接近于4:2:1时可达到稳定,可以解释Kepler-238与Kepler-302等行星系统构型的形成。

此项成果已于近日在线发表在《英国皇家天文学会月刊》。

季江徽认为,本项研究进而可解释其他类似行星系统形成与演化规律。该研究成果将有助于人们深入理解短周期类地行星的形成机制和轨道特征,对于认识太阳系的起源演化以及指导未来观测也有科学意义。

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