我们的太阳系比我们想象的还要奇怪

新的研究表明,与我们在我们自己的系统中所看到的不同,在其他恒星周围有一种外星大小和间距的模式,即同一星系中的行星往往大小相同(应该说从行星的角度来说,差距相对很小)。

而在我们生活的太阳系中,行星的大小从水星的大小(小于地球半径的一半)到木星(是地球半径的十倍以上)不等。

所以这是一个令人困惑和奇怪的问题

注:作者是Trottier博士后研究员。蒙克雷尔大学当她进行上述研究时,这一研究已经被引用并发表在天文期刊也可以在阿西夫在一个新闻稿。这项研究是作为加利福尼亚开普勒调查的一部分进行的,该调查利用了美国航天局开普勒任务和夏威夷毛纳凯克天文台的数据。

我们的太阳系比我们想象的还要奇怪

太阳系有多特别?天文学的历史主要是从我们的太阳系有序(神圣)的世界观到我们并不特殊的观点的单向旅程。我们太阳系的行星,曾经被认为是在上帝指定的完美圆圈中跳舞,在“球体音乐”中,偏离了圆形轨道。约翰尼斯开普勒,谁展示了行星的非圆轨道,试图恢复重量级的感觉,通过锁定在柏拉图的数学固体的轨道的新模式,但这个想法被推翻了许多年后发现天王星。

所以,去年在加利福尼亚一个阳光灿烂的下午,我发现了一套模式,这些模式似乎支配着我们以外的行星系统,我对此持怀疑态度。这些模式是真实的,还是一种幻觉?如果是真的,它们对我们太阳系在宇宙中的地位意味着什么?

除了我们的太阳系外,我们现在知道了400多个多行星系统,这在很大程度上要归功于开普勒任务。开普勒是美国宇航局的一艘航天器(以17世纪德国天文学家的名字命名),于2009年发射,唯一的目的是发现系外行星-围绕其他恒星运行的世界。它通过不断测量大约10万颗恒星的亮度来发现这些系外行星,并等待它们中任何一颗恒星发出的星光都会变得如此微弱,这是由于一颗行星的阴影所致。每颗行星的凌日都是独一无二的,从而发现了围绕同一颗恒星运行的多颗行星。

这,这个,那,那个我发现的模式在那个阳光明媚的下午:同一星系中的行星往往大小相同。例如,如果一颗行星的半径是地球半径的1.5倍,那么系统中的其他行星很可能是地球半径的1.5倍,加或减一点。

这完全不是我和我的同事们所期望的。在我们的太阳系中,行星的大小从水星的大小(小于地球半径的一半)到木星(是地球半径的十倍以上)不等。开普勒发现的所有系外行星的大小从地球的四分之一到地球的二十倍不等。然而,尽管可能的大小范围很广,但行星的大小往往与它们的邻居差不多。我的一个合作者认为他们看起来像“豆荚里的豌豆”,这个名字成了我们对这种模式的缩写。

为了检验豆荚模式是否真实,我(用我的笔记本电脑)虚构了行星系统,其中围绕某颗恒星运行的行星的大小是随机的。在开普勒发现行星的方法中,会不会有某种偏差-这有利于探测靠近恒星的大行星-设法使我想象中的每一个系统中的行星都能被发现?出现以适应这种模式?

答案是否定的:在1000多个随机分配行星大小的试验中,通过一个虚拟开普勒探测方案,在同一系统中从未出现过类似大小行星的模式。这个计算实验没有复制我们在开普勒行星系统中观察到的情况。因此,行星的规则大小是一个真正的天体物理模式。

除了大小相似的行星外,这些豆荚状系统中的行星也有规则的轨道间距。我们发现,第一对行星之间的轨道距离可以很好地预测第三颗行星和第四颗行星的轨道距离,以此类推。(在我们的太阳系中,有规律的间距也存在于天王星之外,被称为“天王星”。Titius-Bode定律,但海王星和冥王星没有遵循这种模式)。此外,行星的大小与它们的间距之间也有联系:行星大小最小的系统也有最接近的轨道间距。

这些模式意味着什么?行星的形成当然受物理定律的支配,但我们对这些定律是如何在行星诞生的混乱环境中表现出来的,我们没有清楚的叙述。关于行星形成的理论大多写在第一颗系外行星被发现之前,他们的目的是解释我们自己的太阳系从气体和尘埃盘中出现的原因。一种被广泛接受(但尚未证实)的行星形成理论涉及所谓的“寡头”的崛起,即行星的年轻先兆,它们每一种都会影响恒星周围盘内一条固定宽度的区域。(冥王星不再被认为是行星,因为冥王星从来没有大到足以成为寡头。)

寡头理论预测了大致相等质量的寡头的间隔,寡头的大小取决于其影响的宽度。然而,由于我们的太阳系不是一个有规则间隔的等质量行星系统,寡头的崛起被认为只是我们太阳系历史上的一个篇章,一个早期的模式后来被形成我们非常不同的类地行星的剧烈撞击所覆盖。

然而,数百颗系外行星却呈现出一种模式,在质的意义上,类似于我们失散已久的寡头。也许是豆荚里的豌豆年迈的寡头。如果是这样的话,他们是如何避开后来形成我们太阳系的暴力的呢?如果我们继续测量豆荚行星的基本特性,我们可能会找到答案。或者,我们可能会在这些系统中发现更多的行星,这些行星打破了这种模式,就像天王星的发现偏离了开普勒提出的太阳系轨道模式一样。无论如何,我认为开普勒会高兴地看到,由于有一个以他的名字命名的望远镜,我们已经发现了一种模式,它不仅遍布于一个行星系统,而且遍布着数百个行星系统。


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