不符合既有行星形成理論的行星系統

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作者：David Dickinson

翻譯：賀玉影

校對：牧夫校對組

編排：張瑩

后臺：朱宸宇

https://scitechdaily.com/this-alien-solar-system-doesnt-follow-the-rules-and-scientists-are-intrigued/

圖源：歐空局

LHS 1903是一顆小型紅矮星，其溫度和亮點都低于太陽。科學家利用太空和地面的望遠鏡發現了四顆圍繞它運行的行星，并將距離恒星最近的三顆行星分類為：最里面那顆巖質，它外面的兩顆氣態巨行星。

然而最外面的一顆也是巖質，LHS 1903因此突破了預期，促發了行星形成與演化的新想法。

隨著天文學家發現越來越多的系外行星，大家逐漸意識到，我們的太陽系及其歷史可能不同尋常。

歐空局的CHEOPS任務最近在LHS 1903星系中發現的第四顆行星加強了這種局面。這顆巖質行星處在當前模型無法預測的位置。該星系貌似是按照一種反過來的模式形成的，它可能會挑戰現有的行星形成理論。

在20世紀末，科學家們通常以我們的太陽系為模板來描述行星的形成。按照這種觀點，小型巖石行星形成于靠近太陽的區域，而氣態巨行星和冰巨行星則形成于更遠的區域。然而，在4,560個系外行星系統中發現的超過6,128顆系外行星，包括熱類木星和繞脈沖星運行的行星等特殊的類型，都表明我們的太陽系可能并不是一個典型。

LHS 1903系統中新發現的第四顆行星引發了研究人員的諸多疑問。該系統位于北天猞猁座，距離地球約116光年（約 1.1 千兆公里），靠近4.6等星21 Lyncis。其中心恒星是一顆M型紅矮星。

它包含四顆行星：巖質行星b和e分別位于星系中最內和最外側；中間的c和d都是迷你海王星或叫氣態矮星。這些中間行星的質量約為地球的六倍，直徑則超過地球的兩倍。

*迷你海王星（Mini-Neptune）又稱氣態矮星或過渡行星，是指實際質量低于太陽系的天王星和海王星，但卻和海王星相當類似的太陽系外行星。

LHS 1903 星系在猞猁座中的位置。

圖源：Stellarium。

? LHS 1903 系統的發現與其結構

美國宇航局的凌星系外行星巡天衛星（TESS）在2019年至2023年的觀測中首次發現了那三顆內側的行星。接著在2026年，系外行星特性探測衛星基奧普斯（CHEOPS）確認了第四顆行星的存在。蓋亞（Gaia）任務的數據未顯示出存在其他遙遠氣態巨行星的跡象，因為該星系的測星數據中未檢測到任何可測量的畸變。

最外側的行星LHS 1903e距離恒星 0.15 天文單位（約 2200 萬公里或 1400 萬英里），公轉周期為 29 天。這一整個行星系統可以完全容納在我們的太陽系的水星的軌道內。

該項研究發表于《科學》雜志，由來自伯爾尼大學（UNIBE）、PlanetS國家研究中心（NCCRPS）和日內瓦大學（UNIGE）的國際天文學家團隊共同完成。

歐空局的CHEOPS于2019年發射升空。該衛星的計劃任務期為3.5年，目前仍在延長運行階段，主要負責搜尋凌日系外行星。CHEOPS由位于瑞士的比爾根大學和日內瓦大學負責設計、建造，并主要由這兩所大學進行運行管理。

? CHEOPS的發現及推翻理論的行星

“正是得益于CHEOPS的精準觀測，我們才得以發現這顆新行星，”日內瓦大學的莫妮卡·倫德爾（Monika Lendl）表示。“由于巖石行星通常不會在氣態巨行星之外形成，這顆行星徹底顛覆了我們的理論！”

傳統的行星形成理論排除了氣態巨行星在靠近主星區域形成的可能性。原行星盤靠近恒星區域的高溫環境，使得氣體無法在巖石核心周圍聚集。而在更遠的區域，此類氣體包層則能夠聚集并長期存在。

發射前的在實驗室中CHEOPS。

圖源：歐空局。

圍繞LHS 1903的任何第四顆行星都應該要遵循這一趨勢。但是，發現卻出人意料：是這顆行星出軌了、遷移到了現在的位置，還是在它形成的初期被另一天體撞擊，被剝除了氣體包層？

? 新的成因假說及其啟示

還有一種可能，該系統可能是十年前提出的一項理論的首個真實例證。在這種情況下，這四顆行星并非同時形成，而是相繼形成的。如果真是如此，LHS 1903e可能過早耗盡了可用氣體，從而無法繼續增長。

“確實，第四顆行星本應積累并保留了大量氣體，”揚·阿利貝特（比利時根特大學空間研究與行星科學系）表示。“我們的假設是，它形成于原行星盤中的氣體消失之后，也就是該星系中作為氣態巨行星的第二顆和第三顆行星形成之后。”

LHS 1903向我們展示了一個例子，說明系外行星系統可能有多么奇特。隨著更多行星被發現，當我們將更多系外行星納入已知行星名錄時，此類形成停滯的例子可能會發現更多。

責任編輯：郭皓存

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