行星是围绕恒星运行的天体,它们具有足够的引力质量,因此它们形成大致球形,进而对周围较小的物体(如小行星和卫星)施加引力。

Trappist-1 行星系统的演化

在人类历史的大部分时间里,我们的祖先所知道的行星都是夜空中可见的行星。但在过去 30 年里,人们已经开发出灵敏度足以推断系外行星(即我们太阳系以外的行星)存在的望远镜。

当然,系外行星比恒星和星系更难直接观测。几乎所有系外行星的发现,尤其是从 2010 年左右开始的发现,都是基于系外行星主恒星的光度测量(接收光量),而不是行星本身的光度测量。这被称为凌日法。

现在,借助 2005 年首次发现系外行星的斯皮策太空望远镜、专门用于搜寻系外行星的开普勒/KW 太空望远镜以及 2021 年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜,凌日法和其他技术已经证实了数千个恒星系统中 5,000 多颗系外行星的存在。

加州理工学院行星科学博士后研究员加布里埃莱·皮奇耶里 (Gabriele Pichierri) 表示:“当我们只分析我们自己的太阳系时,人们只能假设行星形成于我们今天发现它们的地方。”他在行星科学教授康斯坦丁·巴蒂金 (Konstantin Batygin) 的团队中工作。

“然而,当我们在 1995 年发现第一颗系外行星时,我们不得不重新考虑这一假设。我们正在开发更好的模型来解释行星是如何形成的,以及它们是如何形成我们所发现的方向的。”

大多数系外行星都是由新形成恒星周围的气体和尘埃盘形成的,然后预计会向内迁移,接近该盘的内边界。这样形成的行星系统比我们自己的太阳系更靠近主恒星。

在没有其他因素的情况下,行星会倾向于根据其质量和行星与其主星之间的引力以特征距离彼此分开。“这是标准的迁移过程,”Pichierri 解释道。

“行星的位置在其轨道周期之间形成共振。如果你取一颗行星的轨道周期,然后将其除以其相邻行星的轨道周期,你会得到一个简单整数的比例,例如 3:2。”

例如,如果一颗行星绕恒星公转一圈需要两天时间,那么距离更远的下一颗行星则需要三天时间。如果第二颗行星和距离更远的第三颗行星也处于 3:2 共振状态,那么第三颗行星的公转周期将为 4.5 天。

Trappist-1 系统拥有七颗行星,距离地球约 40光年,由于多种原因,它显得十分特殊。“外行星的表现可以说很正常,具有更简单的预期共振,”Pichierri 说。“但内行星的共振则更为激烈。”