北京时间8月7日,据外媒报道,太阳形成后,其起源云留下的尘埃和气体慢慢旋转,逐渐形成了我们今天看到的八大行星。小型岩质行星靠近太阳,而巨大的气态行星则漂浮在太阳系的远端。这个过程在银河系中无数的恒星周围不断重复,形成了许多大小不一的行星。不过,从目前的观测来看,比地球稍大的行星非常罕见。
凌日系外行星勘测卫星(TESS)是美国宇航局用来寻找行星的最新太空望远镜。它已经运营一年多了。尽管TESS记录了越来越多的系外行星,但天文学家对于行星大小的困惑并没有得到解决。 2017年,天文学家首次发现行星大小存在神秘差距。这一差距表明,科学家需要一些新的想法来解释行星是如何形成的,无论是在更广阔的宇宙中还是在我们自己的太阳系中。
自2018 年4 月发射以来,天文学家已利用TESS 发现了数百颗可能围绕我们最近的恒星运行的行星,其中包括目前已确认的24 颗。银河系中似乎有许多较小的行星,尤其是那些体积是地球(或地球附近的其他行星)的两到四倍的行星。然而,由于某种原因,半径在地球半径1.5到2倍之间的行星非常罕见。
这一范围内行星如此稀少的现象被称为富尔顿间隙,以指出这一现象的论文的主要作者本杰明·富尔顿的名字命名。富尔顿间隙首先出现在开普勒太空望远镜的观测中。尽管TESS的统计数据中还没有足够的行星来证实或反驳富尔顿间隙,但这种趋势仍在继续。天文学家表示,富尔顿间隙可能不会消失。
一组研究人员报告说,他们发现了一个恒星系统,富尔顿间隙两侧都有一颗行星。一颗是所谓的迷你海王星,半径约为地球的2.6倍;另一个比地球稍小,大约是地球大小的90%。后者是TESS 记录的第一颗近似地球大小的系外行星。
行星半径中的富尔顿间隙可能是由行星形成的某些规律及其早期条件造成的。由于行星的大气层占据了其半径的很大一部分,因此围绕大气层可能发生的情况有很多猜测。一种可能性是逆向金发姑娘原理,即具有大气层的中型岩石行星无法持续存在,或者行星足够大以保留大气层。如果行星的大小适中,那么它可能不够大,并且会很快失去大气层,这就像一场拔河比赛;夹在中间真的很难。
虽然一定程度的大气损失是一个合理的猜测,但这只是三个常见想法之一。另一种理论认为,富尔顿间隙直接源于行星形成,可能是由于恒星诞生时留下的气体和尘埃的位置或成分所致。或者,正如第三种理论所表明的那样,行星自身的冷却过程可能会导致大气蒸发,这种效应被称为核心驱动的质量损失,当一定大小的行星从内部向太空移动时就会发生这种情况。当它们辐射热量时,它们的大气层被吹走,这可能导致它们落到半径间隙的另一侧。
富尔顿差距为新兴统计模式增添了细节。在许多系外行星系统中,比如我们的太阳系,天文学家发现较小的行星往往靠近其主恒星,而较大的行星则距离较远。前者与恒星之间的距离可能是其尺寸较小的原因之一。最初,它们可以像遥远的大行星一样大,但在恒星炽热的呼吸和紫外线辐射的影响下,它们失去了大气层,因此损失了很多质量。
科学家认为火星可能经历过类似的事情。一开始,火星的大气层比较厚,但一旦失去磁场的保护,太阳就会慢慢吹走它的大气层。甚至地球大气层也在失去部分氢。其中一些行星系统可能经历过更严重的事件。早期的历史以及未来,科学家们都希望能够看看它们的大气层,也许这会给我们一些启发。
至于这些系外行星的组成,天文学家仍然不确定其中大多数的内部是什么样的。最有争议的是体积是地球两到四倍的行星,被称为超级地球,有时也被称为迷你海王星。一些天文学家认为它们是包裹在厚厚的氢大气层中的岩石行星,而另一些天文学家则认为它们被水包围,无论是固体冰、液态水还是水蒸气。
不久前,哈佛大学天文学家曾丽领导的团队报告了计算机模拟的结果,表明这些常见的系外行星很可能是水世界。有些行星可能有多达50% 是水,而且这种水可以以各种奇异的形式出现。曾力表示,这种水可能一直都是液态,或者存在于地表以下数千公里处,被压缩成高压冰的形式,类似于新发现的超离子冰。
这些高压冰本质上就像地球地幔深处的硅酸盐岩石,在一些海洋中又热又硬,深不可测。与我们的地球相比,它们是完全不同的世界。
这些超级地球或迷你海王星可能比我们太阳系中的行星更常见,而且宇宙中可能确实没有像地球这样的行星。然而,开普勒太空望远镜花了近十年的时间才在其探测到的大量行星中找到模式,而TESS 才刚刚开始。开普勒研究天鹅座的一小块天空,而TESS 将研究整个天空,其面积比开普勒的视野大400 倍。 TESS 将聚焦于离我们较近的明亮恒星,这将使地面望远镜的后续观测成为可能。
TESS 对远距离绕恒星运行的行星进行长期观测的结果令人兴奋。这些行星更难看到。 TESS 通过研究恒星亮度中光点的变化来探测行星的存在。远离主恒星的行星需要很长时间才能从其前面经过,从而形成更容易捕获的延伸光斑。它们的星光更加暗淡。毫无疑问,从这个角度对行星得出任何确定的结论将面临巨大的挑战。 (任天堂)