众所周知,我们地球所在的太阳系的基本框架是由八大行星组成,从水星到海王星,他们围绕太阳旋转。 而地球之所以温度适宜并且能够成为包括人类在内的许多生物的家园,是因为地球的轨道位于从恒星(太阳)延伸的宜居带内。
然而,已经发表的研究结果再次告诉我们,太阳系的基本结构和地球的宜居性是建立在精致的平衡之上的,并且这种平衡令人意外地非常脆弱。 该研究基于加州大学河滨分校的天体物理学家斯蒂芬凯恩进行的计算机模拟。 研究结果发表在《行星科学杂志》上,标题为“太阳系中超级地球的动力学后果”。 凯恩解释说,这项研究的目的是解决太阳系行星科学中的两个重大空白。
第一个空白是类地行星(岩石行星)与太阳系中的气态巨行星是如何分开的问题。
太阳系中最大的类地行星是我们居住的地球,而最小的气态巨行星是海王星(海王星有时与天王星一起也被归类为冰巨星)。 但是,海王星的大小(半径)约为地球的四倍,质量约为地球的8倍,因此两颗行星的大小存在很大差异。 太阳系中没有任何行星可以填补地球和海王星之间的空白。
太阳系行星图
凯恩指出,有许多质量的行星填补了太阳系以外的行星系统中的这一空白。 这种比地球重、比海王星轻的行星被称为“超级地球”。,即——一颗比地球还大的岩石行星。 此外,截至2021年,已报告了980个超级地球。
另一个空白是从太阳看的火星和木星之间相对位置关系的问题。
岩石行星火星和气体行星木星与太阳的距离很大,它们之间的距离比其他行星要大。 因此,行星科学家经常认为(火星和木星之间)的位置似乎很浪费,并希望两颗行星之间也存在一些东西。
凯恩说。 对这些差距的研究可以为太阳系的结构和地球的演化提供重要的见解。 因此,凯恩对一个假想的太阳系进行了模拟,其中火星和木星之间存在不同质量(地球质量的1~2倍)的行星,并研究了对其他行星轨道的影响。
然而结果对太阳系来说是灾难性的。
研究表明,如果火星和木星之间存在一颗假想的行星,那么会严重影响木星的轨道,使一切都不稳定。 木星比其他行星大得多,质量是地球的1倍,因此它的引力效应很严重。 在凯恩模拟的假想太阳系中,火星和木星之间的超级地球会使得经过太阳系附近的恒星以及其他类似木星等略微不稳定的天体受到很大影响。 根据超级地球的质量及其轨道位置,它可以将水星、金星和地球推出太阳系。
此外,天王星和海王星的轨道可能会变得不稳定并被抛出太阳系。 而且,即使地球没有被抛弃,超级地球也可能改变地球轨道的形状,即使它没有完全消灭地球上的生命,它也会比现在更不适合居住。
这项研究还与生命在太阳系以外的行星(系外行星)上居住的可能性有关。 比如,研究表明像木星这样远离其恒星的气态巨行星的存在概率只有10%左右,但它的存在将决定地球和超级地球等行星能否拥有稳定的轨道。 凯恩在评论这些研究成果时说:“我们的太阳系比我们想象的要精细得多,就像一个复杂的时钟齿轮。
开普勒-1200f的想象,一颗“超级地球”大小的行星,绕着一颗比太阳小的恒星运行,距离地球约62光年。