【博科园-科学科普】对于低质量、超冷和超昏暗的红矮星的研究最近发现了大量的外太阳系行星。这些发现包括一颗围绕着最近的恒星运行的岩石行星的发现(比邻星b)和一个只有40光年远的七行星系统(trappist - 1)。在过去的几年里，天文学家还发现了围绕着Gliese 581、Innes Star、开普勒42、Gliese 832、Gliese 667、Gliese 3293和其他恒星运行的候选行星。
对一种系外行星绕着低质量的红矮星运行的艺术印象图。图片：NASA/JPL
这些行星的大部分都是岩态行星，许多行星被发现在其恒星的宜居带内运行（适居带)。然而不管这些行星是否处于一种无潮的状态，人们都在不断地面对着他们的恒星。根据华盛顿大学的一项新研究被锁住的行星可能比之前认为的更为常见。
这项研究是由华盛顿大学的天文学和天体生物学助理教授罗里·巴恩斯(Rory Barnes)领导的，该研究的标题是“居住系外行星的潮汐锁定”。他也是一个拥有虚拟行星实验室的理论家，他的研究主要集中在围绕着低质量恒星“宜居带”的行星的形成和演化。
潮汐锁定导致月球绕地轴旋转的时间与绕地球运行的时间相同（左侧）。图片： Wikipedia
对于现代天文学家来说，潮汐锁定是一种很容易理解的现象，它是由于它们在一个天体和它的轨道上的角动量没有系统传输的结果。换句话说轨道天体的轨道周期与它的旋转周期相匹配，确保了这个物体的同侧总是朝向行星或它运行的恒星。
想想地球上唯一的卫星——月球。除了要花27.32天的时间绕地球轨道运行外，月球还要花27.32天的时间绕地球自转一周。这就是为什么月球总是向地球呈现同样的“脸”，而远离的一面被称为“黑暗面”。天文学家认为这是在大约45亿年前一个火星大小的物体(Theia)与地球相撞后发生的。
除了抛掷最终形成月球的碎片外，人们相信撞击撞击地球的角度，使地球的自转周期为12小时。在过去研究人员用这个12小时的地球自转的估计作为太阳系外行星行为的模型。然而在巴恩斯的研究之前，从来没有进行过系统的检查。
为了解决这一问题，巴恩斯选择了一个长期以来的假设即只有更小、更暗的恒星才能承载轨道上锁定的行星。他还考虑了其他的可能性，包括较慢或更快的初始旋转周期，以及行星大小的变化和轨道的偏心。他发现以前的研究是相当有限的，只有一个结果。
由于它们的轨道很近，低质量、m型(红矮星)恒星周围的岩石行星很常见。图片：M. Weiss/CfA
正如他在华盛顿大学的新闻声明中解释的那样：
行星形成模型表明，行星最初的自转可能比几个小时，甚至几周都要大得多。所以当你探索这个范围时，你会发现更多的系外行星有可能被潮汐锁定。例如如果地球没有月亮，并且有一个四天的初始“日”，一个模型预测地球现在将会被潮汐锁定到太阳。
从这一点上，他发现那些在很晚的m型(红矮星)轨道上运行的潜在宜居行星，在它们形成后大约10亿年的轨道上，很可能会有高度圆形的轨道。此外他发现对于大多数天体来说，他们的轨道与他们的旋转是同步的。他们将会与他们的明星保持关系。这些发现可能对研究外行星的形成和演化有重要的影响，更不用说可居住性了。
在过去被认为是被锁住的行星被认为具有极端的气候，从而消除了任何生命的可能性。举个例子水星经历了一个3:2的自旋轨道共振，这意味着它在它完成太阳的每两个轨道上旋转三次。正因为如此，水星上的一天只要176天，地球和温度范围从100(-173°C;-279°F)到700 K(427°C;800°F)之间。
对于一颗绕着恒星运行的小行星来说，人们相信这种情况会更糟。然而天文学家们已经开始推测，这些行星周围的大气层可能会在它们的表面重新分配温度。与没有大气和没有风的水星不同，这些行星可以维持对生命有利的温度。
一颗绕着一颗红矮星旋转的“地球”行星的印象艺术图。图片：ESO/M. Kornmesser/N. Risinger
无论如何这项研究是对最近的太阳系外行星发现的限制之一。这一点尤其重要，因为太阳系外行星的探测和研究还处于初级阶段，而且仅限于间接的方法。换句话说天文学家们对行星的大小、组成以及它是否有基于凌日的大气层以及这些行星对其恒星的影响作出了估计。
在接下来的几年里，下一代的任务，如James webspace望远镜和凌日系外行星测量卫星(TESS)，预计将大大改善这种情况。除了对现有的发现进行更详细的观察之外他们还有望发现更多的行星。如果巴恩斯的研究是正确的，大多数被发现的人将会被锁住，但这并不意味着他们不适合居住。
参考：NASA，ESO，华盛顿大学，Wikipedia
来自：Universe Today
作者：Matt Williams
编译：中子星
审校：博科园
