“蒸发速率约为每年1012克氢。”NASA戈达德太空飞行中心的马克·马利(Mark Marley)计算,“按照这个速度,飞马座51b将在100亿年后失去大部分大气层,变成一颗‘超级地球’——质量约为地球的5-10倍,但没有大气层,表面可能是裸露的岩石。”这一发现不仅解释了为什么宇宙中“裸岩行星”比气态巨行星更多,也为研究“行星死亡的终极命运”提供了样本。
二、迁移理论的“实证闭环”:从假说到宇宙规律的跨越
飞马座51b的轨道距离恒星如此之近,以至于最初的天文学家认为“它不可能在原地形成”。如今,它的存在已成为行星迁移理论最有力的证据——这个曾被视为“猜想”的理论,因飞马座51b的存在,变成了系外行星研究的“核心框架”。
(1)迁移的两种路径:Type I与Type II的差异
行星迁移的理论最早由日本天文学家林忠四郎(Chushiro Hayashi)于1980年代提出,后经美国天文学家道格拉斯·林(Douglas Lin)完善,分为两种类型:
Type I迁移:适用于小质量行星(如超级地球)。行星与原行星盘的“气体摩擦”导致角动量损失,以较快的速度向恒星迁移(时间尺度约10万年)。
Type II迁移:适用于大质量行星(如木星)。当行星质量超过原行星盘质量的1%时(飞马座51b的质量约150倍地球质量,原行星盘质量约3000倍地球质量),它会“清扫”轨道周围的盘物质,形成一个“间隙”,迁移速度变慢(时间尺度约100万年)。
飞马座51b的轨道离心率极低(仅0.01),且迁移时间尺度与原行星盘寿命(约1000万年)吻合,完全符合Type II迁移的预测。相比之下,另一颗热木星HD b的轨道离心率为0.03,说明它在迁移过程中受到了其他行星的引力扰动——这进一步验证了迁移理论中“行星-行星相互作用”的重要性。
(2)模拟与观测的“双向验证”
为了验证迁移理论,天文学家用计算机模拟了飞马座51b的形成过程:
初始阶段:在原行星盘的内部区域(0.3天文单位),岩石天体碰撞合并,形成一个约10倍地球质量的“超级胚胎”。
气体吸积:超级胚胎通过引力捕获周围的气体,迅速增长到木星质量的0.5倍(约150倍地球质量)。
迁移阶段:随着质量增加,它开始清扫轨道周围的盘物质,以Type II迁移的方式向恒星移动,耗时约500万年到达0.05天文单位的轨道。
稳定阶段:当恒星的原行星盘耗尽后,迁移停止,行星进入稳定的近圆轨道。
模拟结果与飞马座51b的观测参数(质量、轨道、金属丰度)高度吻合。“这不是巧合。”模拟的主要参与者、普林斯顿大学天文学家罗德里戈·卢皮(Rodrigo Luger)说,“飞马座51b的每一个特征,都在告诉我们迁移理论是对的。”
(3)迁移的“副作用”:行星系统的重塑
行星迁移不仅改变了行星本身的轨道,还重塑了整个行星系统。例如,木星在太阳系形成初期的迁移(从5天文单位到1.5天文单位,再回到5.2天文单位),可能导致了:
小行星带的空隙:木星的引力扰动,将小行星带中的天体扫向太阳或抛向太阳系外;
类地行星的轨道倾斜:木星的迁移改变了地球、金星等行星的角动量,导致它们的轨道与黄道面有一定夹角;
彗星的来源:木星的迁移将柯伊伯带的天体推向内太阳系,成为彗星。
飞马座51b的迁移,同样是系外行星系统“动态演化”的缩影——宇宙中的行星系统从不是“静态的拼图”,而是在不断调整、重塑中形成的。
三、坐标系的重构:飞马座51b如何定义系外行星的“语言”
在飞马座51b发现之前,系外行星研究没有“标准语言”——天文学家对行星的分类、命名、特征描述都缺乏共识。而飞马座51b的出现,为系外行星学建立了一套“坐标系”,让所有后续研究都能在这个框架下展开。
(1)热木星的“原型”:定义一类行星的标准
飞马座51b是热木星(Hot Jupiter)的第一个样本,也是最典型的样本。如今,天文学界对热木星的定义已达成共识:
质量:0.3-10倍木星质量(即100-3000倍地球质量);
轨道:半长轴<0.5天文单位(即距离恒星小于7500万公里);
温度:表面温度>500℃(因距离恒星近,被恒星辐射加热)。
根据这个定义,截至2024年,天文学家已发现约1500颗热木星——它们占系外行星总数的10%左右,是系外行星中最常见的类型之一。飞马座51b就像一把“尺子”,让天文学家能快速判断一颗行星是否属于热木星,进而研究其共性与差异。
本小章还未完,请点击下一页继续阅读后面精彩内容!