我地球独特的年代?它曾经是一个宏大的哲学问题,但在过去的二十年里,随着在其他恒星(我们的宇宙表亲)周围发现了数千颗行星,它变成了一个科学问题。
解决这个问题的一种方法是想象外星人使用当今的地球技术,在我们的太阳系中寻找系外行星。他们会在八大行星中找到哪一个?答案是只有木星.我们的系外行星搜索技术寻找行星对其主恒星的影响,要么通过周期性的引力拖曳,要么通过周期性地眨掉恒星的一些光。目前,木星只能通过对太阳进行长达数十年的径向速度观测才能被探测到。我们可以测量木星的大致质量和轨道。那么问题就变成了:在已知的系外行星中,类似于太阳-木星系统的系统有多普遍?
约1%。与木星质量相似的气体巨星,大约有十分之一的恒星像太阳;然而,只有大约十分之一那些行星有一个“木星类似”的轨道,这意味着一个明显宽的轨道比地球和接近圆形。当然,我们仍然没有像太阳这样的其他恒星的地球或金星或土星或土星或Neptunes的数据。但这是一个开始。
衡量我们太阳系的唯一性的第二种方式来自丹麦哥本哈根的明星和行星形成中心的Nanna Bach-Møller和UffeJørgensen。它们基于给定系统中行星数量与行星轨道形状之间的关系的论点。他们分析的关键部分,发表在一个纸10月份《皇家天文学会月刊》,是“轨道偏心率”。开普勒美国的轨道运动定律告诉我们,行星围绕其主恒星运行的轨道是椭圆形的。椭圆的偏心度是衡量它拉伸程度的一种尺度。零偏心率的椭圆是圆;当离心率接近1时,椭圆被无限拉长。
在圆形轨道上的行星以恒定的速度围绕恒星运行,而在偏心轨道上的行星在离恒星更近的时候运行得更快。科学家们可以使用不同的技术来探测系外行星轨道上轨道速度的变化。
Bach-Møller和jørgensen通过收集研究人员已经测量或估计轨道偏心的完整外部样本。然后,它们计算每个系统中所有行星的“平均偏心率”。他们发现具有更多行星的系统往往具有较低的偏心性。
这并不奇怪。科学家只能在有限的轨道距离范围内搜索系外行星。想象一个洗衣机大小的纸板箱。如果你必须把一个盒子装进另一个盒子(比如俄罗斯娃娃),那么你能在那个大盒子里装进多少个小盒子?答案是,这取决于它们的形状。如果你的盒子都是正方形的,那么你可以在里面装上一打或更多的盒子。但是,即使有一个盒子是一个伸展的吉他形状的盒子,那么就会有更少的盒子能够装进这个大盒子里。
这是对轨道的同样的想法。圆形轨道上的行星可以是更近了在拉伸,偏心轨道上的行星一起。并且轨道越偏心,我们可以在轨道距离的范围内缩短我们可以搜索外部的轨道。
研究人员把数字放在轨道内部。他们发现,在一个给定的系统中,行星的数量与平均偏心度之间有着平滑的关系——只有一个例外。只有一颗行星的系统有点离谱。这些系统可能是由许多在近圆形轨道上运行的行星开始的,这些行星通过累积的引力作用,改变了它们的形状,直到它们互相交叉。这将导致近距离的引力散射事件,将一些行星发射到星际空间!
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在相对圆形的轨道上有八个行星,我们的太阳系适合趋势。为了给你一种规模,木星和土星的偏心率约为5%;地球,约1.7%;金星和海王星,两者都不到1%。通过这种趋势,研究人员使用具有不同偏心的外延植物的发生率来估计有多少系统与我们的行星有多种。他们的答案:约1%,与我们使用Sun-Jupiter系统估计相同。
当然,由于我们有一个完整的行星普查(至少在海王星的轨道内),太阳系的“盒子”比可以发现系外行星的轨道范围要大得多。这就混淆了解释。
在具体语境中,1%是个棘手的数字。这种情况非常罕见,足以超出常规。事实上,大约一半的恒星似乎都有“超级地球”行星,它们的轨道离恒星的距离比水星离太阳的距离更近,但我们没有。我们已经发现了一些迹象,表明我们的太阳系并不是一个完全怪异的系统,包括发现了几个与我们的木星合理的类似物。
这说明了我们的系统从何而来?在过去的十年里,我们对太阳系的认识取得了长足的进步形成但关键问题依然存在。在我们的行星进化过程中,有哪些分支点把我们变成了一个1%的系统,而不是一个更普遍的系统由超地球主导还是与我们发现的大多数exo-jupiters相比,我们的木星是什么不同的?并且增长如何和生存像地球这样的岩质行星是否符合这种情况?答案可能在于我们轨道的形状。
Sean Raymond是一位美国天体物理学家在法国的波尔多天体物理实验室工作。他还在科学和小说的界面上写了一个博客(PlanetPlanet.net.),最近又出版了一本天文学诗集.








