科学|为什么半径为地球的1.5倍至2倍的行星很少见？天文学家很困惑
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【科学|为什么半径为地球的1.5倍至2倍的行星很少见？天文学家很困惑】美国宇航局的开普勒和TESS太空望远镜共同编目了近4000颗行星 。 在太阳形成后 ， 它的起源云所遗留下来的尘埃和气体慢慢地旋转成今天的八颗行星 。 小而多的岩石紧贴着太阳 。 巨大的气体世界漂浮在这个系统里 。 在银河系中无数的恒星周围 ， 类似的过程不断重复 ， 形成了大量大小不一的行星——显然 ， 除了比地球稍大一点的行星 。
虽然美国宇航局最新的行星搜寻望远镜凌日系外行星勘测卫星(TESS)稳定地记录了更多的系外行星 ， 但2017年首次发现的它们大小上的一个神秘差距一直存在 。 这一差距表明 ， 无论是在更广阔的宇宙中 ， 还是在我们的银河系 ， 科学家们都需要一些新的想法来解释行星是如何形成的 。
自2018年4月发射以来 ， 天文学家使用TESS在最近的恒星周围找到了数百个可能的行星 ， 其中包括迄今已确认的24个 。 这个星系似乎拥有许多小行星 ， 尤其是地球大小的两到四倍 。 但由于某种原因 ， 半径为地球的1.5倍至2倍的行星很少见 。
德拉戈米尔说 ， 半径差距表明了行星形成的可能规律 ， 以及它们早期的情况 。 由于行星的大气层可以构成其半径的很大一部分 ， 许多想法都围绕着该大气层可能发生的情况 。 德拉戈米尔说 ， 一种可能性是反向金发姑娘假说 ， 即具有大气层的中型岩质行星无法持续存在 。 她说：“要么你的体积足够大 ， 可以留住大气层 ， 要么如果你的体积适中 ， 那么你可能不够大 ， 很快就会失去大气层 。 ”“这就像一场拔河比赛；要保持中立真的很难 。 ”
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麻省理工学院的天文学家SaraSeager表示 ， 虽然某种气氛损失是一种合理的猜测 ， 但它只是三种一般观念中的一种 ， 他是TESS任务的副科学主任 。 另一种理论认为 ， 这种差距直接来自行星的起源 ， 可能是因为恒星诞生时留下的气体和尘埃的位置或构成 。 或者 ， 正如第三种理论所提出的 ， 行星自身的冷却过程可能会导致它们的大气层蒸发 ， 这种效应被称为“核心动力质量损失” 。 加州大学洛杉矶分校的AkashGupta和HilkeSchlichting在研究中证明了这一点 。 去年 ， 当某些尺寸的行星从内部向太空辐射热量时 ， 它们的大气层被吹走 ， 这可能会将它们送到半径间隙的另一侧 。
这一差距为新兴统计模式增添了细节 。 在许多系外行星系统中 ， 就像在我们自己的后院一样 ， 天文学家发现较小的世界往往靠近它们的主星运行 ， 更大的行星更远 。 Seager说 ， 小行星靠近它们的恒星可能是它们很小的一个原因 。 它们可能像他们远方的兄弟一样开始变大 ， 但却失去了他们的气氛 ， 从而失去了它们恒星的灼热和紫外线辐射 。
一个可能的解释是逆向金发世界的情景 ， 其中具有大气的中型岩石行星不能持久 。
科学家认为这样的事情发生在火星上 。 它开始的时候气氛较厚 ， 但是一旦它失去了保护磁场 ， 太阳就可以自由地慢慢地将气氛吹走了 。 Seager说 ， 即使地球仍然失去一些氢壳 。
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“其中一些系统可能会有更严重的早期历史 ， ”她说 。 “将来我们希望看看大气层 ， 也许这会给我们一些洞察力 。 ”
对于各种系外行星的化妆 ， Seager说天文学家还不能说出他们大多数人都喜欢里面的东西 。 但人们正在努力 。 行星地球大小的两到四倍 ， 绰号超级地球 ， 或有时迷你海王星 ， 尤其受到争议 。 一些天文学家认为它们是在厚厚的氢气气氛中笼罩的岩石球 ， 而另一些则认为它们被笼罩在水中 ， 无论是固体 ， 液体还是蒸汽 。
上个月 ， 由现在哈佛大学的Seager学生李曾领导的天文学家报告说 ， 计算机模拟的结果表明这些普通的行星是水世界 。 有些可能高达50％的水 ， 这将有各种异国情调 。 Zeng说 ， 水可能一直向下流动 ， 或被压缩成高压冰 ， 例如在地表以下数千公里处新发现的称为“超级冰”的相 。
“这些高压冰基本上就像地球深层地幔中的硅酸盐岩一样 ， 又热又硬 ， ”Zeng在一封电子邮件中写道 。 “这些海洋是深不可测的 ， 无底的 。 与我们自己的地球相比 ， 它们是不同的世界 。 “
Zeng说这些超级地球或迷你海王星可能比我们太阳系的行星更常见 ， 而且可能确实没有像家一样的地方 。 但德拉戈米尔更加谨慎 。 她指出 ， 开普勒已经有近十年的时间来挑选其行星聚宝盆中的模式 ， 但是TESS刚刚开始 。 虽然开普勒在天鹅座中研究了一小片天空 ， 但TESS将调查整个天空 ， 这个区域比开普勒的视野大400倍 。 TESS将专注于明亮的附近恒星 ， 这些恒星可以用地面望远镜进行后续观测 。
德拉戈米尔正在等待TESS长距离观测行星 ， 这些行星在远距离环绕恒星运行 。 由于简单的几何形状 ， 这些世界更难以看到 。 TESS通过研究恒星亮度中的光点来检测行星的存在 ， 这表明在它前面经过了一些东西 。 行星在远离它们的恒星的轨道上运行需要很长时间才能在前方穿过 ， 形成一个更难以拾取的延长的光点 ， 并且它们使星光变暗 。
她说 ， 在这一点上得出关于哪种类型的行星不会形成和不形成的确切结论 ， 就像在看干草堆的百分之一 。
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