研究表明,与恒星特别接近的外星行星失去卫星的可能性更大

这幅艺术家的画作展示了火星大气被来自太阳的粒子冲击所剥离。一项新的研究表明,来自母恒星的高水平的辐射可能会减少围绕靠近母恒星的行星运行的卫星数量。

一项新的研究发现,与恒星特别接近的外星行星失去卫星的可能性更大,这可能会降低适宜居住的外星卫星在这些行星周围存活的几率。

在过去20年左右的时间里,天文学家已经证实地球太阳系之外存在着超过3400个世界。这些发现揭示了许多系外行星与我们在地球太阳系中看到的非常不同;例如,大约40%的系外行星被发现与它们的恒星的轨道至少比地球的轨道近10倍。(相比之下,水星离太阳的距离大约是地球的三倍。)

在地球的太阳系中,有比行星多得多的卫星,仅木星就有至少67颗卫星。先前的研究表明,系外行星或系外行星周围的卫星可能和地球一样大或更大。如果一颗系外行星碰巧位于恒星的宜居带(行星的表面温度足够温暖,可以容纳液态水),那么围绕这颗行星的一个地球大小的外太阳系就有可能存在生命。

然而,南京大学的天文学家谢基伟说,迄今为止,太阳系外卫星还没有得到证实的发现。他和他的同事们想要找出一种可能的解释,解释为什么“系外卫星”仍然难以捉摸。一种可能性是,系外卫星很难被发现,因此还没有被发现。但谢教授说,另一种可能性是,出于某种原因,天文学家发现的系外行星周围很少有系外卫星。

到目前为止,科学家们发现的大多数系外行星都离它们的主恒星很近,因为利用天文学家所能运用的行星搜寻策略,这些类型的行星更容易被发现。例如,径向速度法(radialvelocity method)寻找恒星运动中反复出现的抖动,这些抖动是行星引力前后拉动的信号,而当系外行星离恒星越近时,这种抖动就越大。此外,凌日方法是在行星经过恒星前时寻找恒星亮度的下降,这种变暗现象在系外行星靠近恒星时更为常见。

那些围绕着恒星运行的行星自然地比那些离得远的行星受到更多的高能辐射。这篇新论文的作者认为,随着时间的推移,更高水平的辐射可能会把靠近恒星的外部行星的大气层炸开;事实上,这个想法在其他系外行星的研究中也出现过。谢国忠说,这种“光蒸发”过程原则上会使这些系外行星周围的卫星轨道变得不稳定。

为了观察一颗恒星对系外行星的影响有多大,谢和他的同事们模拟了一系列类海王星的气态巨行星,它们的质量大约是地球的14到20倍,每一颗行星围绕一颗恒星运行的距离都是太阳的10倍。这些行星最初有多达500颗卫星。科学家们模拟了如果照片的蒸发逐渐侵蚀了这颗气态行星的大气层,随着时间的推移,地球的总质量会减少一半。

科学家们发现,照片的蒸发可能在系外行星的卫星命运中扮演重要角色。由于照片的蒸发导致模拟的系外行星失去质量,行星的引力减弱,而系外卫星的轨道增大,变得更加偏心或椭圆形。最终,这些轨道中有许多变得不稳定,这意味着卫星可能会完全脱离围绕这些行星的轨道。谢教授说,模拟实验可能会在行星周围留下很少或根本没有卫星。

在行星有500个小卫星的情况下,研究人员发现,在模拟结束时,只有大约四分之一的卫星仍在围绕它们的星球运行。大约有一半的卫星与它们的行星相撞,而四分之一的卫星逃离了它们的行星,成为围绕它们的恒星的新的类行星。在模拟实验中,一些卫星沿着轨迹飞行,这可能会使它们成为在银河系漫游的自由漂浮的“流氓行星”。

在包括更大的卫星和地球的两倍的情况下,更少的卫星在其蒸发的行星周围保持稳定的轨道。研究人员发现,在这些情况下,除了逃离或与行星相撞之外,卫星也会相互碰撞。

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