365彩票

解释古怪轨道的倾斜行星

[ 录入者:Melipal | 时间:2019-04-06 22:08:53 | 作者:Melipal 译 | 来源: | 浏览:783次 ]

原文标题:

作者:Monica Young   原文来自:   Posted: 2019. 3. 4

编译:Melipal    审校:Linq

科学家认为,相当一部分系外行星可能是侧躺着滚动的。如果情况的确如此,那么这就可以解释一道长久的谜题了。

两名科学家提出,许多系外行星是永久性地倾倒着运行的。

在3月4日的《自然·天文学》杂志上,来自耶鲁大学的萨拉·米尔霍兰德(Sarah Millholland)与格里果里·劳林(Gregory Laughlin)提出了这一观点。这一观点乍听上去很是古怪,却能解决NASA的开普勒系外行星搜索卫星发现的一道长久的谜题。

开普勒卫星发现的若干行星系统的多样性示例。(图片提供:NASA)

轨道不和谐之谜

行星从环绕母星的气体尘埃盘中形成,而在行星彼此以及同盘面发生相互作用的时候,它们的轨道也在发生着持续的变化。对于相互靠近的行星来说,最稳定的轨道状态就是共振,也就是说其中一颗行星的轨道周期是另一颗的整数倍。举例来说,情况可能是较远的行星每环绕恒星运行2次,较近的行星就会运行3次。(这样的比例在音乐中听上去是的。)

并未参与此项研究的普林斯顿大学研究者丹尼尔·塔玛约(Daniel Tamayo)说:“如果考虑所有可能的行星构型描绘出的抽象能量地貌,共振轨道应该会代表深谷。如果你求教于象牙塔中的动力学家,她会告诉你,由于与气体盘面的相互作用,你总是会在山谷中找到共振构型的行星系统。”

但是开普勒发现,一些行星并不构成共振构型。这颗卫星发现了数十个密近的多重行星系,其内的行星处在紧凑的轨道上,环绕主星运行一周只需不到100天。令人惊讶的是,这些行星对中有很大一部分恰好不能构成共振。举例来说,距离主星较近的行星可能每经过3.2个轨道周期,靠外的那颗行星就绕主星环绕2周。

塔玛约说:“这非常奇怪。为什么它们位于共振位置之外而非内侧?”

答案必然是某种机制在推搡着行星走向共振轨道的外侧,而四向推动行星是一项艰难的工作。天文学家先前提出,行星本身可能就是它们的轨道不和谐的原因,不过个中的机制并不明朗。现在米尔霍兰德与劳林说明,这一机制可能能够发挥作用:只要让系外行星倾斜,而且要保持其倾斜程度即可。

如何让系外行星倾斜

如果行星是倾斜的,它的主星会以某种方式拉动它,让它随着时间推移逐渐被矫正过来。月球与地球在二者形成后不久就以类似的方向保持自转方向一致了。地球的潮汐力可以让月球的赤道地区形成一个鼓包,鼓包处感受到的地球引力作用较月球的其他位置更强,因此这样的拉力就逐渐降低了月球的转速,并让月球自转与地球同步。在这一过程中,月球的部分转动能量被转移到了轨道运动中,使得它距离地球越来越远。哪怕是现在,在月球对地球激起的海洋潮汐的作用下,月球正在缓慢地(!)远离地球。

同样的过程也会发生在倾斜的行星身上。当恒星的潮汐力矫正倾斜的时候,它们也将缓慢地向外运动。但是请记住,行星更难被移动。为了与同类一起被推出共振状态,行星需要保持倾斜,因此就算恒星持续拉动着行星,它也不会将行星的姿态完全矫正。

米尔霍兰德与劳林提出,行星的自转就像摆动的陀螺一般进动着。(这一现象很常见,地球的自转轴也存在进动,这也是并非永远是北天极指极星的原因。)同时,在行星于盘面内迁移的时候,行星的轨道平面也可能发生摇摆。米尔霍兰德与劳林发现,如果进动频率和轨道面摇摆频率恰好以合适的方式对应起来的话,两种效应就会让行星歪向一侧,并让它的倾斜状态保持足够长的时间,足以让恒星的潮汐力将行星推离共振状态。

很久之前发生的一起碰撞让图中所示的天王星倾向一侧运行。如果它的轨道距离太阳再近一些,太阳的潮汐力就会随着时间的推移将天王星的自转轴取向矫正。(图片提供:NASA / ESA / M. Showalter)

塔玛约说:“如果这个假设是正确的,看上去这就是一个漂亮的宇宙巧合。”不论如何,行星自转轴的进动极其轨道的摇摆彼此并无影响,因此没有理由让这两个频率关联起来。

但虽然这一预言可能很奇怪,它却是可以被检验的:如果行星倾角极大,那么在环绕主星运行的各个轨道周期内,我们会从它的红外亮度变化过程中觉察出来。在最为极端的情况下,如果一颗行星像天王星那样是完全侧倾的,那么白天和黑夜各自都应该有半年那么长。斯皮策或即将上马的詹姆斯·韦布空间望远镜将有能力从红外光变曲线中分辨出预期的变化模式来。

塔玛约说:“我认为这是个迷人的观点。”永久性倾斜的系外行星解决了耗散足够多的轨道能量,并将行星有效推离共振状态的困境。“这着实意味着,位于多重紧凑行星系统中的大多数行星是倾斜的,”塔玛约说。

(全文完)

Tags:系外行星 轨道共振

责任编辑:Melipal

本周热点

论坛新贴

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.