「熱木星」是什麼樣的天體?為什麼太陽系沒有「熱木星」?

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大家知道,在太陽系中,除了太陽之外,質量和體積最大的行星當屬木星了,而木星所處的位置,也正是巖質行星和氣態行星的分界線。如果以行星距離恒星的遠近來看,太陽系中的氣態行星普遍都遠離太陽,即使最近的木星平均起來也有7.79億公里,表面平均溫度因此很低,平均達到零下160攝氏度。而像土星之外的天王星和海王星,雖然也是氣態行星,不過由於距離太陽更遠,行星的大氣物質很多都因低溫而被凍結,形成更為寒冷的「冰巨星」。

「熱木星」是什麼樣的天體?為什麼太陽系沒有「熱木星」? 科技 第1張

然而,科學家們在開展系外行星搜尋時,發現了一個和太陽系截然不同的現象,那就是最先發現的很多系外行星,都是清一色的「熱木星」,而非「冷木星」。所謂「熱木星」,就是質量和體積和太陽系中的木星差不多,但是距離宿主恒星非常近,甚至比我們太陽系中的水星與太陽的距離還要小,這就使得這些行星表面的平均溫度非常高。

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之所以科學家們在搜索系外行星時,率先發現的大多都是「熱木星」,原因很簡單,那就是系外行星的搜尋,由於它們不對外發光發熱,利用像觀測系外恒星那樣的方法很難直接找到,所以基本上利用的基本上都是「凌日法」,即在背景為恒星的畫面中,有黑色斑點圍繞恒星做周期性運動,或者說非常遙遠的恒星,其光度值會因為較大行星的阻擋,而發生周期性的光度略微下降現象。所以,對於觀察者來說,在一個系外恒星系統中,質量和體積差不多的行星,在距離恒星較近的情況下,要比那些遠離的行星更容易被發現。

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按理說,在距離太陽如此之近的區域,是不太可能形成這麼巨大的氣態行星的,因為距離恒星很近的空間,其中的星際氣體和塵埃物質,基本上都在恒星形成的過程中給「吞噬」了,從而形成恒星的重要組成,不斷壯大著恒星的「身板」。而在恒星形成之後,從恒星的表面不斷向四周發射出大量的帶電粒子流,形成強烈的恒星風,從而將那些恒星「吃剩」的少量物質吹到更遠的區域,然後在那裡再慢慢聚合形成氣態行星。

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傳統的觀點認為,那些被發現的「熱木星」,原本誕生的區域,根本不是現在觀測到的位置,而是起碼要達到目前太陽系中地球這個位置,當這些行星「增長」到一定例模以後,其與該恒星系統原有的行星盤之間的萬有引力產生強烈的相互作用,使行星公轉的角動量逐漸減弱,最終以螺旋的形式不斷向恒星靠近,形成了距離恒星非常近的「熱木星」。

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然而,近年來科學家們在銀河系觀測到的一些現象,與這種傳統的觀點出現了矛盾,科學家們發現一些類似地球的「超級行星」以及體型較小的氣態行星-「迷你海王星」,在圍繞著所在恒星系中的恒星作公轉運動時,隨著軌道的向內遷移,並沒有出現聚集更多的氣態物質,更沒有形成氣態行星。在一定程度上說明,「熱木星」的形成,可能並非是由行星的軌道內遷所形成的,而是有幾率直接在距離恒星非常近的區域內形成。同時,以太陽系為例,木星等氣態行星已經形成幾十億年了,為什麼沒有發生其他恒星系中的軌道內遷呢?

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所以,到目前為止,關於「熱木星」的形成機理,科學界也沒有明確的或者統一的結論,但既然觀測到的系外行星,很多都是「熱木星」,或許這與我們對其他類型的系外行星很難觀測到有關。畢竟系外行星的數量,勢必要比恒星數量要多,即使是在銀河系內,科學家推測的恒星數量都有1000-4000億顆,而我們監測到的行星數量,也還不到1萬顆,之間的差距非常遙遠。所以,拿科學家們最容易觀測到、恒星亮度變化周期最短的「熱木星」來代表系外行星的總體情況,未免太不科學了。

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因此,從某種意義上來說,距離恒星非常近的「熱木星」的存在,並不是太陽系外行星的普遍現象,極有可能是個例,而其餘大部分的沒有觀測到的系外行星,所遵循的規律應該和太陽系內的行星分布類似。

至於太陽系內為何沒有出現「熱木星」,除了前面提到的太陽形成過程中將絕大部分的物質都吸為己有之外,還與木星和土星這兩大氣態行星之間的軌道共振有關。正是由於木星和土星雙雙強有力的引力作用,形成了共振「俘獲」,導致了周圍空間部分角動量的損失,為了維持太陽系整體的角動量守恒,處於外側軌道的行星,不得不拉大自己的公轉半徑,從而向著更遠的軌道行進,而不是向內側遷移。

「熱木星」是什麼樣的天體?為什麼太陽系沒有「熱木星」? 科技 第8張

最終的結果就是,一方面阻止了太陽系內小行星帶天體的「增長」,另一方面也使包括木星在內的氣態行星和遠日行星,逐漸遠離了原有形成的區域,變得越來越遠、越來越冷。

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