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太阳系外行星偏心之谜:行星散射是罪魁祸首


http://www.sina.com.cn 2005年04月21日 11:43 国际先驱导报
科技时代_太阳系外行星偏心之谜:行星散射是罪魁祸首
艺术家所描绘的仙女座厄普西仑星系示意图。
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  国际先驱导报文章 除了被我们称之为家园外,几个世纪以来,天文学家并没有理由相信太阳系在整个宇宙中是十分独特的。但是,从10年前太阳系以外的第一颗行星的发现开始,证据显示,至少就行星系统而言,太阳系确实十分独特。

  与我们的9大行星所运行的近圆轨道不同,在过去的10年当中所发现的160多个太阳系外的行星大多数都在椭圆轨道中运转,而且被行星环绕的恒星是偏心的——偏离椭圆轨道的
轴心,这造成了许多行星与其所围绕着运转的恒星有时候特别遥远,有时候又特别接近。近期发表在英国《自然》杂志上的一篇论文中,美国西北大学的天体物理学家首次利用直接观察获得的证据对于这种太阳系外行星的古怪行为的原因做出了解释。

  罪魁祸首:行星散射

  “我们的观察结果显示,‘行星散射(planet-planet scattering,即当两个行星十分接近的时候,由于两颗行星间突然的引力作用所引发的一种弹弓效应)应该是造成仙女座厄普西仑星系中所观察到的行星偏心轨道的原因,”物理学和天文学副教授弗雷德里克.拉西奥说,“我们相信,并非只在厄普西仑星系是如此,在太阳系以外的其它行星体系,作为高度不稳定性的结果,行星散射发生十分频繁。因而,尽管在其它恒星周围存在行星系统的现象十分普遍,但是那些能够支持生命的系统(例如太阳系)必须在很长的时间期限内保持稳定,可能不会如此地普遍。”

  此次研究所关注的系统由围绕仙女座的恒星厄普西仑运转的3颗巨大的类木行星组成。这是通过多普勒光谱观测(其原理基于行星的存在对恒星的影响。当恒星拥有伴行星时,恒星将绕整个系统的质心做周期性绕转运动,测量恒星光谱谱线振动的多普勒漂移可以获知行星轨道运动)所发现的太阳系外第一个多行星系统。其中一颗为1996年发现的内侧行星。它象是一颗“炙热的木星”,与恒星如此接近,以至于绕轨道运行一周只需几天时间。另外两颗为1999年发现的外侧行星,它们拥有扁长的轨道,而且彼此之间能够产生巨大的影响。科学家们对这一系统已经仔细研究多年。

  稳定性让太阳系如此独特

  拉西奥说:“在这个体系中,两颗外侧行星的轨道十分特殊,这让我们迷惑了很长一段时间。”为了更好地理解这种现象,拉西奥和他的同事根据目前的轨道状况开发出了一个精确的行星轨道电脑模型,然后让它们退回到几万年前的样子。他们的分析显示,如果最初稳定的系统突然间被打乱,随着时间的推移系统会像他们所预期地那样变化,但突然间的骚动只会影响到最外侧的行星。

  研究人员引用了已经脱离了该系统的第4颗行星,指出它一定是由于与一颗外侧行星走得太近,在一次引力争斗中,把那颗外侧行星“踢”进靠恒星更近的轨道,使其成为一颗中间的行星,而自己则被推离了系统。突然间的一“踢”把外侧行星送入了一个椭圆的轨道,而最初,中间的行星是在一个近圆的轨道运行的。随着时间的推移,外侧行星对中间行星的骚扰达到一定的程度,最终会让中间行星的轨道逐渐也变形成一个偏心的轨道,就如我们今天所看到的那样。尽管如此,大约每7000年的时间,中间行星又会逐渐回到近圆轨道。“这就是这种系统的奇特所在,一般来说,两个椭圆轨道之间的引力耦合作用,绝不会让其中的一个回到如此近圆的程度。圆形的轨道是十分特殊的。” 拉西奥指出。

  对于仙女座厄普西仑以及其它太阳系外的行星系统的形成和进化过程的理解对于进一步认识我们所栖身的太阳系的有很大的借鉴意义。

  拉西奥指出,“这些新发现的系统并没有持续几十亿年都能保持稳定。当他们可能已经形成了一个类似太阳系的体系,经过了一段时间之后,系统的稳定就会受到破坏。就稳定性而言,我们的太阳系的确十分特别。”(袁直)


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