无处不在的系外行星( 二 )


无处不在的系外行星
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幸运的是 , 微引力透镜巡天对于远离寄主恒星的系外行星非常敏感 。这类研究已经发现 , 在0.5至10天文单位的轨道距离上 , 17%的恒星拥有0.3至10倍木星质量的行星 。冷海王星(10至30倍地球质量)和超级地球(5至10倍地球质量)更为普遍:拥有这两类行星的恒星分别达52%和62% , 但这些百分比数据仍然有很大的不确定性 。
随着不断地耐心积累系外行星的观测数据 , 我们现在可以有把握地认为 , 在银河系中 , 较小的行星的数量超过较大的行星 。实际上 , 尺寸较小、质量较低的系外行星的出现率要远远高于较大行星 。
在类似太阳系的行星系统中 , 较小行星处于内侧而气态巨行星远离恒星 , 这种系统的普遍性如何?
对这问题仍然没有确定的答案 , 因为探测到这种构造类似太阳系的行星系统极其困难 。现阶段 , 我们暂时只能将“类太阳系系统”粗放地定义为拥有远距离巨行星的行星系统 , 因为“开普勒”极少在接近地球和金星的轨道距离上探测到严格意义的地球尺寸和金星尺寸的系外行星 。
微引力透镜巡天提供了有关这个问题的最新成果 , 这种方法能探测到远离寄主恒星的行星 。约有20%的行星系统拥有两颗远距离巨行星 , 但是这一数据也有很大的不确定性 。视向速度巡天已经辨别出了几颗木星质量的系外行星 , 它们在远离类日恒星5天文单位(木星的轨道距离)的轨道上运行 , 但是对于已观测的约3000颗恒星 , 详细的统计分析仍未完成 。我们可以有根据地猜测 , 仅有1%至20%的行星系统可能在构造上类似于太阳系 。
大多数多行星系统是否轨道共面 , 就像太阳系的这些行星一样?
无处不在的系外行星
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对于大多数已知的系外行星系统 , 我们缺乏足够信息来回答这一问题 。但是对于“开普勒”所发现的多行星系统 , 我们可以指出其行星是共面的 , 抑或相互之间不会掩食寄主恒星 。通过一些非常巧妙的方法 , 天文学家已经发现 , 85%的“开普勒”多行星系统具有共面性 , 各轨道面集中在3°以内 。另外几项视向速度观测也得出了类似结论:在多行星系统中 , 各成员间的相互倾角很低 。这意味着 , 各行星都形成于同一个盘之中 , 后来也不曾经历过严重的外加引力扰动 , 因为引力扰动会增大相互间的轨道倾角 。
为什么许多系外行星与太阳系诸行星不同 , 其轨道是高度扁长的?
在一些恒星周围 , 在行星形成过程的晚期阶段 , 存在着许多巨大的天体 , 以至于无法避免相互影响 。这些行星会近距离遭遇 , 并导致相互驱离 , 结果是它们之间的强烈引力作用提高了轨道的偏心率(扁长程度) 。在系统中 , 如果木星质量的巨行星没有其它可探测的同伴 , 则通常都具有高偏心率的轨道 , 这一事实有力地支持了上述图景 。这些行星似乎都是驱离事件的幸存者 , 而另一颗或多颗行星则被抛入了行星际空间 。多行星系统的成员一般都有着较低的轨道偏心率 , 意味着它们或许避免了惨烈的行星弹射游戏 。几乎所有的热木星(在水星轨道距离的1/10至1/5以内的木星质量的行星)都有极低的轨道偏心率 , 这一点儿都不奇怪 , 因为在漫长的时间尺度上 , 它们与近旁的寄主恒星相互间的潮汐作用会使其轨道变得接近圆形 。
热木星的普遍性如何?它们怎样来到目前的近距轨道上?