半径 是谁那么狠?吃了这些行星的“肉”?

许多所谓的“行星”,其实是裸露的行星核。
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半径|是谁那么狠?吃了这些行星的“肉”?】迷你海王星。Christian Hart
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超级地球。ESO
科学家到目前为止已经发现了数千颗系外行星——也就是那些位于太阳系以外,围绕着其他恒星运行的行星。在分析了这些行星之后人们发现了一个奇怪的现象:在岩石质地的“超级地球”和体积比“超级地球”大一号的气体行星——“迷你海王星”之间,存在着一个“真空地带”——那些半径(不是质量)1.5倍到2倍于地球之间的行星竟然“神秘消失”了。
针对这一怪象,科学家提出了很多解释。有人认为这是因为在行星的形成过程中,一部分行星得不到足够多的气体继续长大;有人认为陨石的轰击会驱散行星大气层,使较小的行星难以积累更多气体;有人认为恒星强烈X射线和紫外线辐射带来的“光蒸发”效应,会剥离行星大气层;还有人认为行星形成过程中遗留下来的热,会缓慢加热行星大气层,导致其逐渐逃逸。等等。
近日,以Trevor David为首的一批学者首次用数据展示,行星的年龄和它们的体积之间存在着关联。“迷你海王星“会随着年龄的增长而变成“超级地球”。
研究人员将系外行星分为两组,一组是年龄小的,一组是年龄大的。结果发现,平均而言,年龄小的行星中最不常见的半径,要比年龄大的行星中最不常见的半径小。年龄小的行星中最小的半径为地球的1.6倍,而年龄大的行星中最小的半径为地球的1.8倍。
研究人员认为,这意味着某些“迷你海王星”的大气层会随着年龄的增长而逐渐丢失,最终剩下一颗固态的内核,变成“超级地球”。随着时间的推移,会有越来越多、越来越大的“迷你海王星”变成“超级地球”,而新出现的“超级地球”体积也会表现出越来越大的趋势。
也就是说,我们以为“消失”了的,半径1.5倍到2倍于地球之间的行星,实际上是存在于“超级地球”体积上限和尚能维持大气层的“迷你海王星”体积下限间的一条“代沟”。
行星表面风云变幻,即便是其总体特征也不是一成不变的——这和我们的一般想象的不太一样。研究人员认为,有些行星在形成初期的体积可能是今天的10倍以上。但是那些特别巨大的行星大气总体上不会丢失,因为它们有足够强的引力。
研究结果还表明,前述四种解释的后两种更具解释力。但是行星“内热“和恒星辐射究竟是谁在“迷你海王星”大气层丢失的过程中起了主导作用,抑或两者是否同等重要,还需进一步的探究。
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统计结果显示,行星的体积会随年龄增长而发生变化。Erik Petigura / James Owen
参考Evolution of the Exoplanet Size Distribution: Forming Large Super-Earths Over Billions of Yearshttp://dx.doi.org/10.3847/1538-3881/abf439

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