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太陽系有多特別?
太陽系有多特別?
中科院物理所     阅读简体中文版

我們的太陽系遵循著一個明確的模式。小的多巖石的行星靠近太陽,大的氣態行星則離得較遠。從宏觀層面來看,這樣的格局似乎有道理。太陽形成之初,新太陽風充沛的能量會將氫和氦這類較輕的物質推向太陽系外層,只留下巖石類材料。似乎大多數類太陽系都會遵循同一模式,但隨著人類探索的太陽系外星系越來越多,我們發現情況并非如此。事實上,我們所在的太陽系似乎是個例外。

研究過其他星系之后,我們發現遠離其恒星的氣態行星非常罕見。給行星分類的一種方法就是根據它們從恒星獲得的能量來分。太陽系中的水星和金星這類熱星球,地球和火星這類溫暖星球(可能宜居)與木星及其之外的冷星球。其界線取決于特定星系中特定恒星所產生的能量,它能很好地判定近行星、中距行星和遠行星。在我們自己的太陽系中,所有的氣態行星都是冷星球。但在其它被證實過的太陽系外行星中,冷行星數量不超過百分之20。最常見的氣態行星是“熱類木星”。這些與木星差不多質量的巨大行星距離它們的恒星非常近。

公平起見,我們在探索太陽系外行星時,將偏差也考慮在內。但即便如此,熱類木行星也比冷類木行星更常見。


已確認的太陽系外行星

通過電腦模擬,我們可以初步了解原因何在。在未成熟的星系中,形成未來恒星系統所有物質的東西都來自原行星盤。原行星盤基本由液態氣體和塵埃組成。由于氣體通常被電離,因此它會與中央星的磁場相互影響。由于灰塵的碰撞和聚集,原行星盤內會形成亂流。在物理上,能用磁流體動力學來形容這種系統。這一方程很難描述,不過有了現代超級計算機,我們能發現一些大致趨勢。

低質量行星(質量比地球小)對原行星盤的總體結構并不會帶來強烈干擾。它們在原行星盤內的相互影響會誘導形成螺旋密度波。內部螺旋波會引導該星球的運動,外部螺旋波處于拖尾邊緣。由于外螺旋的拉力比內部螺旋更大,因此該星球會更靠近恒星。這被稱作I型遷移。


原行星盤的計算機模擬

高質量行星(質量大于10被地球質量,或者質量僅低于天王星和海王星)不僅會引發密度波,還會給原行星盤造成豁口。這意味著雖然內部拉力仍然存在,但它變小了。因此該星球在形成過程中會逐漸靠近恒星。這被稱作II型遷移。這兩種遷移方式都令行星更靠近恒星,因此熱星球更更常見。

那為何木星在距離太陽這么遠的地方形成?其實形成的地方距離太陽并不遠。據大航向模型的推測,長久以來,木星曾漫游向太陽系內部,然后又回到外圍,它曾經一度移動到火星今天所在的位置附近。該行星的運動對太陽系產生了深遠的影響,改變了小行星帶的本質,并使得火星小于其應有的體積。

宇宙浩瀚無垠,銀河系中有3000億顆恒星,也有3000億種存在生命的可能,可能也有類似于地球這樣宜居的地球。但絕大多數行星系都不會像我們的家園太陽系這樣。

[桃子 via medium]


來源:煎蛋

2015-08-23 08:49

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