热木星“搬家”不是为了“取暖”

xinwen.mobi · 发表于 3 天前

热木星“搬家”不是为了“取暖”！
遥远宇宙中，一颗气态巨行星悄然向它的恒星靠近，这不是为了寻找温暖，而是一场持续数十亿年的引力博弈。

在浩瀚宇宙中，一种被称为“热木星”的系外行星长期困扰着天文学家。它们大小与木星相似，却以极近的距离绕宿主恒星运行，表面温度极高。

1995年，人类发现了第一颗热木星——飞马座51b，它距我们约50光年，大小与木星相当，但与宿主恒星的距离仅为地球到太阳距离的二十分之一，公转周期只有约4个地球日。

这一发现彻底颠覆了天文学家基于太阳系建立的行星形成理论。

01 理论困境：大火炉旁的大雪球
在传统行星形成理论中，气态巨行星应该诞生在远离恒星的寒冷区域。

太阳系的结构完美印证了这一观点：岩质行星分布在内太阳系，气态巨行星则远居在外太阳系。

为什么气态巨行星无法在靠近恒星的地方形成？“雪线”概念是关键。

太阳系的雪线大致在火星和木星之间的小行星带位置。在雪线以外，水汽可以凝结成冰，加速形成足够大的固态核心，从而吸附气体物质，形成气态巨行星。

而雪线以内受恒星活动影响更大，难以形成较大的固态核心。

谢基伟教授打了一个生动的比喻：“大火炉的旁边怎么可能放得住一个大雪球呢，分分钟就融化了。”然而热木星却违背了这一常识。

02 迁移谜题：三迁之旅
为解释热木星的存在，天文学家提出多种迁移模型，主流观点认为热木星在远离恒星的寒冷地带形成，然后通过某种机制“搬家”到恒星附近。

盘迁移模型认为气态巨行星形成后，与原行星盘相互作用，在几百万年内被拉向恒星。

散射迁移模型设想原行星盘消散后，行星间近距离交汇，导致一些行星被“排挤”到恒星附近，基本可在1亿年内完成。

而 “长期混沌”机制则更为漫长，可能需要上亿乃至数十亿年时间。

03 年龄钥匙：解开谜团的新线索
南京大学谢基伟团队在热木星与宿主恒星的年龄关系中找到了突破口。

由于离宿主恒星太近，热木星处于“潮汐锁定”状态。在潮汐耗散作用下，热木星逐渐失去轨道角动量，不断向恒星跌落，最终被恒星撕裂、吞噬。

因此，年龄越大的恒星系，出现热木星的概率应该越低。

2023年，谢基伟团队根据74颗热木星的观测数据，首次发现热木星的出现率确实随着恒星系的年龄增长而下降。

在最新研究中，团队利用中国郭守敬望远镜和欧洲航天局“盖亚”空间探测器等天文设备的观测数据，将样本扩大到123颗热木星，得出了更精确的定量结论。

结果显示，随着恒星年龄增长，热木星的出现率并非匀速下降，而是在恒星年龄约20亿年处有一个明显的“拐点”：前期减少得慢，后期减少得快。

04 早来与晚来：两类热木星的命运
进一步研究发现，热木星分为“早来族”和“晚来族”。

“早来族”约占六成，在宿主恒星形成的最初几千万年内便已完成“内迁”。

“晚来族”则是在接下来上亿乃至数十亿年的漫长岁月里，与其他天体长期相互作用，偶然被输送到恒星附近的。

研究团队还对比了两大族群的特性，发现“晚来族”更偏好出现在金属元素丰富的恒星周围，且其轨道面与恒星自转轴存在显著夹角。

谢基伟解释：“天文学上将所有比氢和氦重的元素统称为金属。如果一颗恒星的金属丰度偏高，说明它是‘晚辈’。”

这些特征完美印证了“长期混沌”机制的理论假设，强有力地证明该机制正是“晚来族”的主要来源。

05 穿越过去，看到未来
谢基伟团队将研究成果以论文形式发表在2025年10月31日的《自然-天文学》上。这也是团队“行星的空间分布和年龄演化”研究计划近5年来发表的第7篇系列成果。

该团队将这项研究计划简称为“穿越”。

谢基伟诠释道：“天文学研究的就是过去，几万甚至几十亿年前的光，跨过遥远的宇宙，触达我们的视网膜，让我们得以看到过去，这不就是‘穿越’吗。”

尽管热木星与地球性质迥异，但研究热木星如何被恒星拉近、潮汐锁定，再一步步耗散、吞噬，也能推测太阳进入红巨星阶段后，水星、金星乃至地球的命运。

仰望星空，中国的天文学家正不断突破观测的极限。

谢基伟满怀期待地展望：“我们现在还在使用欧洲航天局‘盖亚’空间探测器拍摄的数据，今年3月它已经退役了。不久的将来，我国也会发射中国人自己的空间望远镜。”

当那一刻来临，我们将有更有力的工具去搜寻地球这样的系外行星，解开的不仅是热木星的谜题，更是地球在宇宙中的命运。

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