@ 2015.04.02 , 13:19

太阳系有多特别?

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我们的太阳系遵循着一个明确的模式。小的多岩石的行星靠近太阳,大的气态行星则离得较远。从宏观层面来看,这样的格局似乎有道理。太阳形成之初,新太阳风充沛的能量会将氢和氦这类较轻的物质推向太阳系外层,只留下岩石类材料。似乎大多数类太阳系都会遵循同一模式,但随着人类探索的太阳系外星系越来越多,我们发现情况并非如此。事实上,我们所在的太阳系似乎是个例外。

研究过其他星系之后,我们发现远离其恒星的气态行星非常罕见。给行星分类的一种方法就是根据它们从恒星获得的能量来分。太阳系中的水星和金星这类热星球,地球和火星这类温暖星球(可能宜居)与木星及其之外的冷星球。其界线取决于特定星系中特定恒星所产生的能量,它能很好地判定近行星、中距行星和远行星。在我们自己的太阳系中,所有的气态行星都是冷星球。但在其它被证实过的太阳系外行星中,冷行星数量不超过百分之20。最常见的气态行星是“热类木星”。这些与木星差不多质量的巨大行星距离它们的恒星非常近。

公平起见,我们在探索太阳系外行星时,将偏差也考虑在内。但即便如此,热类木行星也比冷类木行星更常见。

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已确认的太阳系外行星

通过电脑模拟,我们可以初步了解原因何在。在未成熟的星系中,形成未来恒星系统所有物质的东西都来自原行星盘。原行星盘基本由液态气体和尘埃组成。由于气体通常被电离,因此它会与中央星的磁场相互影响。由于灰尘的碰撞和聚集,原行星盘内会形成乱流。在物理上,能用磁流体动力学来形容这种系统。这一方程很难描述,不过有了现代超级计算机,我们能发现一些大致趋势。

低质量行星(质量比地球小)对原行星盘的总体结构并不会带来强烈干扰。它们在原行星盘内的相互影响会诱导形成螺旋密度波。内部螺旋波会引导该星球的运动,外部螺旋波处于拖尾边缘。由于外螺旋的拉力比内部螺旋更大,因此该星球会更靠近恒星。这被称作I型迁移。

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原行星盘的计算机模拟

高质量行星(质量大于10被地球质量,或者质量仅低于天王星和海王星)不仅会引发密度波,还会给原行星盘造成豁口。这意味着虽然内部拉力仍然存在,但它变小了。因此该星球在形成过程中会逐渐靠近恒星。这被称作II型迁移。这两种迁移方式都令行星更靠近恒星,因此热星球更更常见。

那为何木星在距离太阳这么远的地方形成?其实形成的地方距离太阳并不远。据大航向模型的推测,长久以来,木星曾漫游向太阳系内部,然后又回到外围,它曾经一度移动到火星今天所在的位置附近。该行星的运动对太阳系产生了深远的影响,改变了小行星带的本质,并使得火星小于其应有的体积。

宇宙浩瀚无垠,银河系中有3000亿颗恒星,也有3000亿种存在生命的可能,可能也有类似于地球这样宜居的地球。但绝大多数行星系都不会像我们的家园太阳系这样。

本文译自 medium,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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