近十年来，天文学家一直试图解释为什么太阳系外有那么多行星对具有奇怪的结构——轨道似乎被一种强大的未知机制推离了。耶鲁大学研究人员称他们已经找到了一个可能的答案，这意味着行星两极大部分是倾斜的。这一发现可能会对研究人员在试图确定与地球相似的行星时，如何评估系外行星的结构、气候和可居住性产生重大影响。这项研究发表在3月4日的《自然天文学》上。美国国家航空航天局开普勒任务揭示了大约30%类似太阳的恒星孕育着“超级地球”。
博科园-科学科普：它们的大小介于地球和海王星之间，它们几乎有圆形和共面轨道，它们绕恒星一周的时间不到100天。然而奇怪的是，这些行星中有很多都是成对存在的，它们的轨道恰好位于自然稳定点之外。根据耶鲁大学天文学家萨拉·米尔霍兰和格雷戈里·劳克林的研究，这就是倾斜（行星轴心和轨道之间的倾斜量）的来源。第一作者米尔霍兰德(Millholland)是耶鲁大学(Yale)的一名研究生说：当这类行星的轴向倾斜度较大，而不是很少或根本没有倾斜度时，它们的潮汐在将轨道能量排入行星内部的热量方面非常有效。
耶鲁大学研究人员发现，系外行星的倾斜与它们在太空轨道之间存在着惊人的联系。这一发现可能有助于解释长期以来有关太阳系外行星轨道结构的谜团。图片：NASA/JPL-Caltech, Sarah Millholland
这种强烈的潮汐消散把轨道撕开了，地球和月球之间存在着类似但不完全相同的情况。由于潮汐的消散，月球的轨道在缓慢增长，但地球的一天在逐渐延长。耶鲁大学天文学教授劳克林说：这些系外行星的过度倾斜与它们的物理特性有直接联系。这会影响它们的一些生理特征，比如气候、天气和全球循环。轴向倾斜度大的行星上季节比排列良好行星上的季节极端得多，它们的天气模式可能也很重要。米尔霍兰德和劳克林已经开始了一项后续研究，研究这些系外行星的结构如何随着时间的推移对对大的倾斜作做出反应。
NASA开普勒任务显示，大约30%的太阳型恒星拥有大小介于地球和海王星之间的行星，它们的轨道几乎是圆形和共面，周期小于100天。这样的短周期紧致系统在平均运动共振(MMRs)构型中很少发现行星对，在这种构型中，行星轨道周期呈现出一个简单的整数比，但是有大量的行星对位于一阶共振5的范围之外。之前的研究表明，恒星在行星上引起的潮汐可能通过将轨道能量排至热量6,7,8来迫使系统进入这些构型。然而，这样的潮汐是不够的，除非存在大量、尚未确定的额外耗散源。
新研究表明，这种神秘的热源可能与长期共振驱动的自旋轨道耦合维持大轴向倾斜(倾斜)时产生的“倾斜潮汐”有关。提出的证据表明，典型的紧密，近共面系统经常经历这种机制，新研究强调了其他特征在行星轨道周期和半径分布，这可能是其特征。太阳系外行星如果保持较大的暗角，就会呈现出红外光的曲线特征，这些特征在即将进行的太空任务中是可以探测到的。如果超级地球和次海王星的典型潮汐质量因子与天王星和海王星的潮汐质量因子相似，就可以解释观测到的周期比分布。
博科园-科学科普｜研究/来自: 耶鲁大学
参考期刊文献:《Nature Astronomy》
DOI: 10.1038/s41550-019-0701-7
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