由加州理工学院行星科学家KonstantinBatygin和ObservatoiredelaCôted'Azur研究员AlessandroMorbidelli开发的关于岩石行星如何形成的新理论可以解释所谓的“超级地球”的起源——一类系外行星比地球大几倍。它们是银河系中数量最多的行星类型。

岩石行星是如何形成的

它还可以解释为什么单个行星系统中的超级地球在大小上常常看起来出奇地相似，就好像每个系统只能产生一种行星一样。

“随着我们对系外行星的观测在过去十年中不断增加，很明显行星形成的标准理论需要从基础开始进行修改，”Batygin说。“我们需要一种理论来解释我们太阳系中类地行星的形成，以及超级地球自相似系统的起源，其中许多看起来都是岩石组成的。”

这项工作得到了美国国家科学基金会的部分支持，论文发表在《自然天文学》上。

我们的太阳系有两种不同类型的行星：距离太阳最近的较小的岩石行星;以及离太阳更远的外层、更大、富含水和氢的气态巨行星。这种差异导致Morbidelli、Batygin和同事们提出，行星的形成发生在原行星盘的两个不同的环中：一个是小岩石行星形成的内部环;另一个是小岩石行星形成的环。外层行星是质量更大的冰行星——其中两颗，木星和土星，后来成长为气态巨行星。

但是，是什么单一的过程能够产生我们太阳系中的岩石行星和均匀的岩石超级地球系统呢?

在2020年发表的一篇论文中，Batygin和Morbidelli提出了一个理论，表明物体会在环中生长，直到变得大到足以离开环。那时，它们停止生长，这就解释了为什么该过程会产生相似大小的物体。

在他们的新论文中，Batygin和Morbidelli提出围绕恒星形成行星的机制在很大程度上是相同的。新理论将“行星工厂”环确定为可能的地点，随着时间的推移，它可以产生几颗大小相似的岩石行星。当行星变得足够大时，它们与圆盘的相互作用往往会将这些世界向内拉，更靠近恒星。

该理论得到广泛的计算机建模的支持，但它始于一个简单的问题。“我们研究了现有的行星形成模型，知道它不会重现我们所看到的，然后问，'我们认为什么断言是理所当然的?'”Batygin说。“诀窍是看看每个人都认为是真实的东西，但没有充分的理由。”

在这种情况下，假设固体物质分散在整个原行星盘中。Batygin说，通过抛弃这个假设，而是假设第一个固体形成环，新理论可以用一个统一的框架解释不同类型的行星系统。

NSF天文科学部项目主任MartinStill补充道，“这些科学家开发的新行星形成模型是NSF支持的广泛、前沿研究的一个很好的例子，研究行星的形成、特征和探测。”