不符合既有行星形成理論的行星系統(tǒng)

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作者：David Dickinson

翻譯：賀玉影

校對(duì)：牧夫校對(duì)組

編排：張瑩

后臺(tái)：朱宸宇

https://scitechdaily.com/this-alien-solar-system-doesnt-follow-the-rules-and-scientists-are-intrigued/

圖源：歐空局

LHS 1903是一顆小型紅矮星，其溫度和亮點(diǎn)都低于太陽(yáng)。科學(xué)家利用太空和地面的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了四顆圍繞它運(yùn)行的行星，并將距離恒星最近的三顆行星分類為：最里面那顆巖質(zhì)，它外面的兩顆氣態(tài)巨行星。

然而最外面的一顆也是巖質(zhì)，LHS 1903因此突破了預(yù)期，促發(fā)了行星形成與演化的新想法。

隨著天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的系外行星，大家逐漸意識(shí)到，我們的太陽(yáng)系及其歷史可能不同尋常。

歐空局的CHEOPS任務(wù)最近在LHS 1903星系中發(fā)現(xiàn)的第四顆行星加強(qiáng)了這種局面。這顆巖質(zhì)行星處在當(dāng)前模型無(wú)法預(yù)測(cè)的位置。該星系貌似是按照一種反過(guò)來(lái)的模式形成的，它可能會(huì)挑戰(zhàn)現(xiàn)有的行星形成理論。

在20世紀(jì)末，科學(xué)家們通常以我們的太陽(yáng)系為模板來(lái)描述行星的形成。按照這種觀點(diǎn)，小型巖石行星形成于靠近太陽(yáng)的區(qū)域，而氣態(tài)巨行星和冰巨行星則形成于更遠(yuǎn)的區(qū)域。然而，在4,560個(gè)系外行星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的超過(guò)6,128顆系外行星，包括熱類木星和繞脈沖星運(yùn)行的行星等特殊的類型，都表明我們的太陽(yáng)系可能并不是一個(gè)典型。

LHS 1903系統(tǒng)中新發(fā)現(xiàn)的第四顆行星引發(fā)了研究人員的諸多疑問(wèn)。該系統(tǒng)位于北天猞猁座，距離地球約116光年（約 1.1 千兆公里），靠近4.6等星21 Lyncis。其中心恒星是一顆M型紅矮星。

它包含四顆行星：巖質(zhì)行星b和e分別位于星系中最內(nèi)和最外側(cè)；中間的c和d都是迷你海王星或叫氣態(tài)矮星。這些中間行星的質(zhì)量約為地球的六倍，直徑則超過(guò)地球的兩倍。

*迷你海王星（Mini-Neptune）又稱氣態(tài)矮星或過(guò)渡行星，是指實(shí)際質(zhì)量低于太陽(yáng)系的天王星和海王星，但卻和海王星相當(dāng)類似的太陽(yáng)系外行星。

LHS 1903 星系在猞猁座中的位置。

圖源：Stellarium。

? LHS 1903 系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)與其結(jié)構(gòu)

美國(guó)宇航局的凌星系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）在2019年至2023年的觀測(cè)中首次發(fā)現(xiàn)了那三顆內(nèi)側(cè)的行星。接著在2026年，系外行星特性探測(cè)衛(wèi)星基奧普斯（CHEOPS）確認(rèn)了第四顆行星的存在。蓋亞（Gaia）任務(wù)的數(shù)據(jù)未顯示出存在其他遙遠(yuǎn)氣態(tài)巨行星的跡象，因?yàn)樵撔窍档臏y(cè)星數(shù)據(jù)中未檢測(cè)到任何可測(cè)量的畸變。

最外側(cè)的行星LHS 1903e距離恒星 0.15 天文單位（約 2200 萬(wàn)公里或 1400 萬(wàn)英里），公轉(zhuǎn)周期為 29 天。這一整個(gè)行星系統(tǒng)可以完全容納在我們的太陽(yáng)系的水星的軌道內(nèi)。

該項(xiàng)研究發(fā)表于《科學(xué)》雜志，由來(lái)自伯爾尼大學(xué)（UNIBE）、PlanetS國(guó)家研究中心（NCCRPS）和日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）的國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同完成。

歐空局的CHEOPS于2019年發(fā)射升空。該衛(wèi)星的計(jì)劃任務(wù)期為3.5年，目前仍在延長(zhǎng)運(yùn)行階段，主要負(fù)責(zé)搜尋凌日系外行星。CHEOPS由位于瑞士的比爾根大學(xué)和日內(nèi)瓦大學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、建造，并主要由這兩所大學(xué)進(jìn)行運(yùn)行管理。

? CHEOPS的發(fā)現(xiàn)及推翻理論的行星

“正是得益于CHEOPS的精準(zhǔn)觀測(cè)，我們才得以發(fā)現(xiàn)這顆新行星，”日內(nèi)瓦大學(xué)的莫妮卡·倫德?tīng)枺∕onika Lendl）表示。“由于巖石行星通常不會(huì)在氣態(tài)巨行星之外形成，這顆行星徹底顛覆了我們的理論！”

傳統(tǒng)的行星形成理論排除了氣態(tài)巨行星在靠近主星區(qū)域形成的可能性。原行星盤靠近恒星區(qū)域的高溫環(huán)境，使得氣體無(wú)法在巖石核心周圍聚集。而在更遠(yuǎn)的區(qū)域，此類氣體包層則能夠聚集并長(zhǎng)期存在。

發(fā)射前的在實(shí)驗(yàn)室中CHEOPS。

圖源：歐空局。

圍繞LHS 1903的任何第四顆行星都應(yīng)該要遵循這一趨勢(shì)。但是，發(fā)現(xiàn)卻出人意料：是這顆行星出軌了、遷移到了現(xiàn)在的位置，還是在它形成的初期被另一天體撞擊，被剝除了氣體包層？

? 新的成因假說(shuō)及其啟示

還有一種可能，該系統(tǒng)可能是十年前提出的一項(xiàng)理論的首個(gè)真實(shí)例證。在這種情況下，這四顆行星并非同時(shí)形成，而是相繼形成的。如果真是如此，LHS 1903e可能過(guò)早耗盡了可用氣體，從而無(wú)法繼續(xù)增長(zhǎng)。

“確實(shí)，第四顆行星本應(yīng)積累并保留了大量氣體，”揚(yáng)·阿利貝特（比利時(shí)根特大學(xué)空間研究與行星科學(xué)系）表示。“我們的假設(shè)是，它形成于原行星盤中的氣體消失之后，也就是該星系中作為氣態(tài)巨行星的第二顆和第三顆行星形成之后。”

LHS 1903向我們展示了一個(gè)例子，說(shuō)明系外行星系統(tǒng)可能有多么奇特。隨著更多行星被發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們將更多系外行星納入已知行星名錄時(shí)，此類形成停滯的例子可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多。

責(zé)任編輯：郭皓存

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