為什麼會傾斜？傾斜的太陽系和系外行星

博科園：本文為天文學類

近十年來，天文學家一直試圖解釋為什麼太陽系外有那麼多行星對具有奇怪的結構——軌道似乎被一種強大的未知機制推離了。耶魯大學研究人員稱他們已經找到了一個可能的答案，這意味著行星兩極大部分是傾斜的。這一發現可能會對研究人員在試圖確定與地球相似的行星時，如何評估系外行星的結構、氣候和可居住性產生重大影響。這項研究發表在3月4日的《自然天文學》上。美國國家航空航天局開普勒任務揭示了大約30%類似太陽的恆星孕育著「超級地球」。

博科園-科學科普：它們的大小介於地球和海王星之間，它們幾乎有圓形和共面軌道，它們繞恆星一周的時間不到100天。然而奇怪的是，這些行星中有很多都是成對存在的，它們的軌道恰好位於自然穩定點之外。根據耶魯大學天文學家薩拉·米爾霍蘭和格雷戈里·勞克林的研究，這就是傾斜（行星軸心和軌道之間的傾斜量）的來源。第一作者米爾霍蘭德(Millholland)是耶魯大學(Yale)的一名研究生說：當這類行星的軸向傾斜度較大，而不是很少或根本沒有傾斜度時，它們的潮汐在將軌道能量排入行星內部的熱量方面非常有效。

耶魯大學研究人員發現，系外行星的傾斜與它們在太空軌道之間存在著驚人的聯繫。這一發現可能有助於解釋長期以來有關太陽系外行星軌道結構的謎團。圖片：NASA/JPL-Caltech, Sarah Millholland

這種強烈的潮汐消散把軌道撕開了，地球和月球之間存在著類似但不完全相同的情況。由於潮汐的消散，月球的軌道在緩慢增長，但地球的一天在逐漸延長。耶魯大學天文學教授勞克林說：這些系外行星的過度傾斜與它們的物理特性有直接聯繫。這會影響它們的一些生理特徵，比如氣候、天氣和全球循環。軸向傾斜度大的行星上季節比排列良好行星上的季節極端得多，它們的天氣模式可能也很重要。米爾霍蘭德和勞克林已經開始了一項後續研究，研究這些系外行星的結構如何隨著時間的推移對對大的傾斜作做出反應。

NASA開普勒任務顯示，大約30%的太陽型恆星擁有大小介於地球和海王星之間的行星，它們的軌道幾乎是圓形和共面，周期小於100天。這樣的短周期緊緻系統在平均運動共振(MMRs)構型中很少發現行星對，在這種構型中，行星軌道周期呈現出一個簡單的整數比，但是有大量的行星對位於一階共振5的範圍之外。之前的研究表明，恆星在行星上引起的潮汐可能通過將軌道能量排至熱量6,7,8來迫使系統進入這些構型。然而，這樣的潮汐是不夠的，除非存在大量、尚未確定的額外耗散源。

新研究表明，這種神秘的熱源可能與長期共振驅動的自旋軌道耦合維持大軸向傾斜(傾斜)時產生的「傾斜潮汐」有關。提出的證據表明，典型的緊密，近共面系統經常經歷這種機制，新研究強調了其他特徵在行星軌道周期和半徑分布，這可能是其特徵。太陽系外行星如果保持較大的暗角，就會呈現出紅外光的曲線特徵，這些特徵在即將進行的太空任務中是可以探測到的。如果超級地球和次海王星的典型潮汐質量因子與天王星和海王星的潮汐質量因子相似，就可以解釋觀測到的周期比分布。

博科園-科學科普｜研究/來自: 耶魯大學

參考期刊文獻:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-019-0701-7

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