我們的太陽系比我們想象的還要奇怪

新的研究表明,與我們在我們自己的系統中所看到的不同,在其他恆星周圍有一種外星大小和間距的模式,即同一星系中的行星往往大小相同(應該說從行星的角度來說,差距相對很小)。

而在我們生活的太陽系中,行星的大小從水星的大小(小於地球半徑的一半)到木星(是地球半徑的十倍以上)不等。

所以這是一個令人困惑和奇怪的問題

注:作者是Trottier博士後研究員。蒙克雷爾大學當她進行上述研究時,這一研究已經被引用並發表在天文期刊也可以在阿西夫在一個新聞稿。這項研究是作為加利福尼亞開普勒調查的一部分進行的,該調查利用了美國航天局開普勒任務和夏威夷毛納凱克天文臺的數據。

我們的太陽系比我們想象的還要奇怪

太陽系有多特別?天文學的歷史主要是從我們的太陽系有序(神聖)的世界觀到我們並不特殊的觀點的單向旅程。我們太陽系的行星,曾經被認為是在上帝指定的完美圓圈中跳舞,在“球體音樂”中,偏離了圓形軌道。約翰尼斯開普勒,誰展示了行星的非圓軌道,試圖恢復重量級的感覺,通過鎖定在柏拉圖的數學固體的軌道的新模式,但這個想法被推翻了許多年後發現天王星。

所以,去年在加利福尼亞一個陽光燦爛的下午,我發現了一套模式,這些模式似乎支配著我們以外的行星系統,我對此持懷疑態度。這些模式是真實的,還是一種幻覺?如果是真的,它們對我們太陽系在宇宙中的地位意味著什麼?

除了我們的太陽系外,我們現在知道了400多個多行星系統,這在很大程度上要歸功於開普勒任務。開普勒是美國宇航局的一艘航天器(以17世紀德國天文學家的名字命名),於2009年發射,唯一的目的是發現系外行星-圍繞其他恆星運行的世界。它通過不斷測量大約10萬顆恆星的亮度來發現這些系外行星,並等待它們中任何一顆恆星發出的星光都會變得如此微弱,這是由於一顆行星的陰影所致。每顆行星的凌日都是獨一無二的,從而發現了圍繞同一顆恆星運行的多顆行星。

這,這個,那,那個我發現的模式在那個陽光明媚的下午:同一星系中的行星往往大小相同。例如,如果一顆行星的半徑是地球半徑的1.5倍,那麼系統中的其他行星很可能是地球半徑的1.5倍,加或減一點。

這完全不是我和我的同事們所期望的。在我們的太陽系中,行星的大小從水星的大小(小於地球半徑的一半)到木星(是地球半徑的十倍以上)不等。開普勒發現的所有系外行星的大小從地球的四分之一到地球的二十倍不等。然而,儘管可能的大小範圍很廣,但行星的大小往往與它們的鄰居差不多。我的一個合作者認為他們看起來像“豆莢裡的豌豆”,這個名字成了我們對這種模式的縮寫。

為了檢驗豆莢模式是否真實,我(用我的筆記本電腦)虛構了行星系統,其中圍繞某顆恆星運行的行星的大小是隨機的。在開普勒發現行星的方法中,會不會有某種偏差-這有利於探測靠近恆星的大行星-設法使我想象中的每一個系統中的行星都能被發現?出現以適應這種模式?

答案是否定的:在1000多個隨機分配行星大小的試驗中,通過一個虛擬開普勒探測方案,在同一系統中從未出現過類似大小行星的模式。這個計算實驗沒有複製我們在開普勒行星系統中觀察到的情況。因此,行星的規則大小是一個真正的天體物理模式。

除了大小相似的行星外,這些豆莢狀系統中的行星也有規則的軌道間距。我們發現,第一對行星之間的軌道距離可以很好地預測第三顆行星和第四顆行星的軌道距離,以此類推。(在我們的太陽系中,有規律的間距也存在於天王星之外,被稱為“天王星”。Titius-Bode定律,但海王星和冥王星沒有遵循這種模式)。此外,行星的大小與它們的間距之間也有聯繫:行星大小最小的系統也有最接近的軌道間距。

這些模式意味著什麼?行星的形成當然受物理定律的支配,但我們對這些定律是如何在行星誕生的混亂環境中表現出來的,我們沒有清楚的敘述。關於行星形成的理論大多寫在第一顆系外行星被發現之前,他們的目的是解釋我們自己的太陽系從氣體和塵埃盤中出現的原因。一種被廣泛接受(但尚未證實)的行星形成理論涉及所謂的“寡頭”的崛起,即行星的年輕先兆,它們每一種都會影響恆星周圍盤內一條固定寬度的區域。(冥王星不再被認為是行星,因為冥王星從來沒有大到足以成為寡頭。)

寡頭理論預測了大致相等質量的寡頭的間隔,寡頭的大小取決於其影響的寬度。然而,由於我們的太陽系不是一個有規則間隔的等質量行星系統,寡頭的崛起被認為只是我們太陽系歷史上的一個篇章,一個早期的模式後來被形成我們非常不同的類地行星的劇烈撞擊所覆蓋。

然而,數百顆系外行星卻呈現出一種模式,在質的意義上,類似於我們失散已久的寡頭。也許是豆莢裡的豌豆年邁的寡頭。如果是這樣的話,他們是如何避開後來形成我們太陽系的暴力的呢?如果我們繼續測量豆莢行星的基本特性,我們可能會找到答案。或者,我們可能會在這些系統中發現更多的行星,這些行星打破了這種模式,就像天王星的發現偏離了開普勒提出的太陽系軌道模式一樣。無論如何,我認為開普勒會高興地看到,由於有一個以他的名字命名的望遠鏡,我們已經發現了一種模式,它不僅遍佈於一個行星系統,而且遍佈著數百個行星系統。


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