上海
在浩瀚的宇宙中，有些行星類型在太陽系里完全缺席，卻廣泛存在于銀河系其他恒星周圍，比如“超級地球”和“迷你海王星”，這是天文學界最令人困惑的謎題之一。這個謎團最近被我國科學家解開，相關成果于6月12日發表于國際知名學術期刊《科學》。
成果藝術想象圖（圖片來源：中國科學院國際合作局）
解開這個謎團的是南京大學謝基偉教授團隊。他們聯合國內外科研人員，基于國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）觀測的大樣本數據，結合國外其他衛星和望遠鏡觀測數據，發現“超級地球”與“迷你海王星”在軌道偏心率與周期關系上遵循截然相反的規律，并從動力學上揭示了這兩類相近的行星族群經歷了不同的演化路徑。這項成果加深了科學界對行星系統多樣性的認識，也為人類完整認知系外行星的形成與演化拼出了更清晰的全景。
太陽系中的行星呈現鮮明的“內小外大”分布格局，缺少介于地球與海王星之間的中等尺寸行星。然而，在目前已觀測到的數千顆系外行星里，這類天體卻是宇宙中的主流。根據結構特征，它們通常被分為體積略大于地球、主要由巖石和鐵構成的“超級地球”，以及體積更大、擁有厚厚氣體包層的“迷你海王星”。
過去，科學界常將這兩類行星混為一談，導致許多演化規律被模糊甚至掩蓋。此次，團隊創新性地運用“凌星持續時間比”統計法，成功反演行星族群平均軌道偏心率，發現這兩類行星的軌道規律截然相反。
“超級地球”與“迷你海王星”不同的動力學演化歷史。
研究顯示，“迷你海王星”的公轉周期越短，軌道偏心率反而越高，即軌道形狀越“扁”。這一現象與經典潮汐圓化理論預測相反。研究人員認為，其演化主要受到“角動量赤字均分”機制影響，使偏心率由外向內逐漸傳遞并增大。
相比之下，“超級地球”的軌道規律則符合經典理論預期。公轉周期越短，其軌道越趨近正圓。一方面，短周期“超級地球”的巖質結構受恒星潮汐作用強烈，軌道被快速拉圓；另一方面，軌道周期更長的“超級地球”在經歷相互散射后會被激發到更高偏心率。
論文共同第一作者、南京大學博士研究生辛科霆形象地比喻，“超級地球”像是歷經巨大撞擊和行星散射等“暴力事件”后的幸存者，而“迷你海王星”則更像長期生活在溫和軌道環境中的“原住民”。
謝基偉進一步指出，這一發現揭示了行星尺寸不只是其物質構成的標識，更是其動力學演化命運的預言者。“超級地球”和“迷你海王星”看似相似，實則“性格”迥異，它們的軌道演化史是理解行星系統形成與演化的關鍵拼圖。
該成果也展現出郭守敬望遠鏡在大樣本恒星觀測領域的突出能力。結合蓋亞衛星的天體測量數據，郭守敬望遠鏡為系外行星宿主恒星提供了高精度的質量、半徑、年齡、金屬豐度等信息，為系統研究不同類型行星的軌道偏心率提供重要支撐。
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