研究中的這張圖顯示了凱恩是如何進(jìn)行模擬的。外面的陽(yáng)系樣黑色圓圈是木星的軌道，紅色圓圈覆蓋了他放置超級(jí)地球的果太個(gè)超上海美女兼職外圍上門外圍女（電話微信180-4582-8235）一二線城市預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源范圍。Credit: Kane,陽(yáng)系樣 2023
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（by Evan Gough, Universe Today）：在這個(gè)發(fā)現(xiàn)系外行星的時(shí)代，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)5000顆已確認(rèn)的果太個(gè)超系外行星，還有數(shù)千顆等待確認(rèn)，陽(yáng)系樣還有數(shù)十億顆等待發(fā)現(xiàn)。果太個(gè)超這些系外行星存在于令人困惑的陽(yáng)系樣大小、成分、果太個(gè)超軌道周期以及幾乎所有其他可以測(cè)量的陽(yáng)系樣特征中。
對(duì)它們的果太個(gè)超了解也揭示了我們的太陽(yáng)系。我們過(guò)去認(rèn)為這是陽(yáng)系樣行星的原型排列，因?yàn)檫@是果太個(gè)超我們必須繼續(xù)下去的全部。但是陽(yáng)系樣現(xiàn)在我們知道我們可能是離群值，因?yàn)槲覀儧](méi)有超級(jí)地球。果太個(gè)超
超級(jí)地球是一類常見(jiàn)于其他恒星周圍的行星。它們僅由質(zhì)量來(lái)定義，在2到10個(gè)地球質(zhì)量之間。盡管行星搜尋者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)1500顆，但我們的太陽(yáng)系一顆也沒(méi)有。由于我們的上海美女兼職外圍上門外圍女（電話微信180-4582-8235）一二線城市預(yù)約、空姐、模特、留學(xué)生、熟女、白領(lǐng)、老師、優(yōu)質(zhì)資源太陽(yáng)系缺少這些典型類型中的一種，行星科學(xué)家很難理解其他系統(tǒng)中的超級(jí)地球。
我們太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)與天文學(xué)家在其他恒星周圍看到的也有很大不同。像開(kāi)普勒-11這樣的系統(tǒng)在緊湊的系統(tǒng)中有多個(gè)行星，它們?cè)陂L(zhǎng)期穩(wěn)定的軌道上離恒星更近。如此密集的行星之間的相互作用應(yīng)該會(huì)導(dǎo)致軌道不穩(wěn)定，但開(kāi)普勒-11的行星有可能穩(wěn)定數(shù)十億年。該系統(tǒng)中最小的行星開(kāi)普勒-11 f的質(zhì)量仍然是地球的2.5倍。
其他像HD 20782這樣的系統(tǒng)有著極端軌道偏心率的行星。HD 20782 b擁有已知最偏心的軌道之一。它的偏心率是0.97，非常高，因?yàn)槠穆?.00是逃逸軌道。(作為對(duì)比，地球的偏心率是0.016，其中0是圓形軌道。)因此，HD 20782 b在其585天的軌道上從內(nèi)太陽(yáng)系旅行到外系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)歷了劇烈的溫度波動(dòng)。
一位經(jīng)驗(yàn)豐富的行星研究者想知道如果我們的太陽(yáng)系真的有一個(gè)超級(jí)地球會(huì)發(fā)生什么。它會(huì)如何改變我們的太陽(yáng)系？超級(jí)地球會(huì)讓我們的太陽(yáng)系與我們?cè)阢y河系中看到的其他系統(tǒng)更加一致嗎？我們的太陽(yáng)系會(huì)被認(rèn)出來(lái)嗎？
為了找到答案，他在模擬太陽(yáng)系的過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)模擬的超級(jí)地球。
他叫斯蒂芬·凱恩，是加州大學(xué)的行星天體物理學(xué)教授。論文是“太陽(yáng)系超級(jí)地球的動(dòng)力學(xué)后果”，凱恩是唯一的作者。這篇論文還沒(méi)有經(jīng)過(guò)同行評(píng)議。
在他的論文中，凱恩指出了我們太陽(yáng)系的行星大小/質(zhì)量差距以及這對(duì)研究人員的意義。沒(méi)有一個(gè)介于地球和海王星質(zhì)量之間的超級(jí)地球，很難將我們的系統(tǒng)放入背景中。很難模擬這些行星是如何形成的，它們的成分可能是什么。
我們的系統(tǒng)沒(méi)有超級(jí)地球可能有多種原因。木星和土星的早期遷移可能起到了一定的作用，吞噬了原本可能聚集在地球或火星上的質(zhì)量，將它們變成了超級(jí)地球。
沒(méi)有我們自己的超級(jí)地球來(lái)研究，研究人員留下了許多問(wèn)題。“即便如此，”凱恩寫道，“調(diào)查太陽(yáng)系內(nèi)額外行星質(zhì)量的動(dòng)力學(xué)后果是有用的，以便約束當(dāng)前的形成理論，并研究對(duì)一般行星系統(tǒng)架構(gòu)的影響。”
詳細(xì)的計(jì)算機(jī)模型和模擬是天文學(xué)的重要組成部分，隨著時(shí)間的推移，它們變得更加詳細(xì)和強(qiáng)大。研究人員改變輸入來(lái)觀察像太陽(yáng)系和行星這樣的東西在不同條件下是如何形成和表現(xiàn)的。在這項(xiàng)工作中，凱恩將一個(gè)超級(jí)地球放在我們的太陽(yáng)系中，看看會(huì)發(fā)生什么。
凱恩寫道:“在這篇論文中，我們提供了一項(xiàng)動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)果，該研究將一顆額外的類地行星放置在當(dāng)前太陽(yáng)系架構(gòu)內(nèi)的質(zhì)量范圍1至10個(gè)地球質(zhì)量和半長(zhǎng)軸范圍2-4 AU內(nèi)。”
凱恩補(bǔ)充說(shuō)，行星的質(zhì)量在1到10個(gè)地球質(zhì)量之間，以1個(gè)地球質(zhì)量為步長(zhǎng)。他將行星放在圓形軌道的不同起始位置。軌道與地球共面，半長(zhǎng)軸范圍為2到4個(gè)天文單位(AU ),步長(zhǎng)為0.01 AU。
“這導(dǎo)致了幾千次模擬，每次模擬允許運(yùn)行107年，從當(dāng)前紀(jì)元開(kāi)始，每100個(gè)模擬年輸出一個(gè)軌道配置，”凱恩解釋說(shuō)。
模擬顯示內(nèi)行星比外行星更容易受到超級(jí)地球的不穩(wěn)定性的影響。“2-4au的廣闊區(qū)域包含許多與內(nèi)行星的MMR(平均運(yùn)動(dòng)共振)位置，這進(jìn)一步放大了內(nèi)太陽(yáng)系的混沌演化，”論文指出。
“混沌進(jìn)化”是輕描淡寫。超級(jí)地球的加入改變了行星之間的關(guān)系，也改變了整個(gè)內(nèi)太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)。“在這個(gè)例子中，所有四顆內(nèi)行星的軌道都變得非常不穩(wěn)定，以至于在107年的模擬結(jié)束之前，它們就被從系統(tǒng)中刪除了。”
可憐的火星在被噴射之前只進(jìn)行了一半的模擬。在與金星和地球相互作用之前，水星只完成了模擬的三分之一，它們?cè)絹?lái)越大的偏心率給水星的軌道帶來(lái)了角動(dòng)量，將其趕走。
在另一輪模擬中，凱恩在3.7天文單位的距離放置了一個(gè)有八個(gè)地球質(zhì)量的超級(jí)地球。這導(dǎo)致地球和金星的偏心率開(kāi)始略有增加，然后，加上木星的影響，擾亂了水星的軌道，以至于它再次被迅速驅(qū)逐。水星災(zāi)難性的移動(dòng)通過(guò)向軌道注入角動(dòng)量改變了地球和金星。凱恩寫道:“這導(dǎo)致了它們軌道的實(shí)質(zhì)性周期性演變，它們的偏心率有高低頻變化。”
在這種情況下，火星的軌道相對(duì)不受影響，盡管由于與外行星的相互作用，它的偏心率“經(jīng)歷了高”頻率的振蕩。"
外太陽(yáng)系也發(fā)生了變化，盡管沒(méi)有那么嚴(yán)重。當(dāng)模擬將一顆有7個(gè)地球質(zhì)量的行星放置在3.79天文單位時(shí)，起初沒(méi)有發(fā)生太多事情。但最終，會(huì)有戲劇性的變化。超級(jí)地球的軌道改變，它的半長(zhǎng)軸遠(yuǎn)達(dá)30天文單位。大約400萬(wàn)年后，超級(jí)地球被逐出系統(tǒng)。凱恩解釋說(shuō)，它的噴射轉(zhuǎn)移了角動(dòng)量，這“對(duì)土星、天王星和海王星的偏心率產(chǎn)生了重大影響”。
在另一個(gè)模擬中，注入的超級(jí)地球也有7個(gè)地球質(zhì)量，AU變化很小，從3.79到3.8。超級(jí)地球再次被拋出，木星和土星的偏心率增加。這個(gè)微小的變化也引發(fā)了天王星的消失。
凱恩進(jìn)行了幾千次模擬，根據(jù)參數(shù)，一些內(nèi)行星被噴射出去，就像植入的超級(jí)地球一樣。在其他建筑中，冰冷的巨人也被逐出。但是彈射只是一種結(jié)果，盡管是最極端的結(jié)果。
模擬顯示超級(jí)地球的存在會(huì)使其他行星的軌道更加偏心。這可能會(huì)對(duì)行星的氣候造成嚴(yán)重破壞，因?yàn)闇囟葧?huì)根據(jù)行星在其偏心軌道上的位置而大幅波動(dòng)。“這些相互作用導(dǎo)致金星和地球軌道偏心率的大幅振蕩，創(chuàng)造了米蘭科維奇周期，可能會(huì)影響這些行星的長(zhǎng)期氣候，”凱恩總結(jié)道。
那里有許多超級(jí)地球，它們的存在對(duì)其他系統(tǒng)的可居住性有多強(qiáng)的影響是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。如果這項(xiàng)研究有什么啟示的話，這是一個(gè)需要研究的問(wèn)題。“行星氣候?qū)Τ?jí)地球軌道相互作用的依賴將需要進(jìn)一步的大氣數(shù)據(jù)和建模，以確定這種行星的存在(或缺乏)是否會(huì)優(yōu)先導(dǎo)致偏心率驅(qū)動(dòng)的氣候效應(yīng)，”作者解釋道。
在之前的幾十年里，天文學(xué)家利用我們太陽(yáng)系的結(jié)構(gòu)來(lái)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)系形成和結(jié)構(gòu)的模型。但是現(xiàn)在我們知道，我們的太陽(yáng)系并不能代表外面的世界，尤其是當(dāng)它涉及到超級(jí)地球的時(shí)候。這種差異可能源于大行星的遷移方式。“特別是，這些巨大的行星遷移事件可能影響了內(nèi)太陽(yáng)系中類地行星的形成過(guò)程，并縮短了迄今為止發(fā)現(xiàn)的最常見(jiàn)的行星類型:超級(jí)地球的形成，”論文指出。
大釘假說(shuō)顯示了木星如何在3.5天文單位形成，向內(nèi)遷移到1.5天文單位，然后再向外遷移到5.2天文單位。行星之王像那樣在太陽(yáng)系中移動(dòng)會(huì)影響周圍的一切。它可能會(huì)在內(nèi)太陽(yáng)系的物體之間產(chǎn)生碰撞級(jí)聯(lián)，將物質(zhì)推向太陽(yáng)，這可能會(huì)形成一個(gè)超級(jí)地球。一些研究人員認(rèn)為，我們的系統(tǒng)在遙遠(yuǎn)的過(guò)去確實(shí)有一個(gè)超級(jí)地球，它在太陽(yáng)下消亡了。
凱恩稱我們?nèi)鄙俪?jí)地球是一把雙刃劍。一方面，我們沒(méi)有機(jī)會(huì)像研究類地行星、氣體巨星或冰巨星那樣近距離地研究超級(jí)地球。但是超級(jí)地球的存在可能會(huì)徹底改變太陽(yáng)系，對(duì)生命來(lái)說(shuō)可能是災(zāi)難性的。
“我們的結(jié)果揭示了我們現(xiàn)有行星結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)脆弱性，允許在行星系統(tǒng)架構(gòu)的更廣泛背景下對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的檢查，”凱恩寫道。這項(xiàng)工作的主要目的是將我們自己的“古怪”系統(tǒng)與外面過(guò)多的含有超級(jí)地球的太陽(yáng)系進(jìn)行比較。
“從個(gè)體和統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)研究這些系統(tǒng)的軌道，將展示與超級(jí)地球行星共享動(dòng)態(tài)空間的真實(shí)后果，”他總結(jié)道。
這項(xiàng)研究發(fā)表在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上。
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