系外行星与天体生物学

行星迁移

我们曾以为行星就老老实实待在它出生的地方。后来却发现,有些巨行星紧贴着恒星,比水星贴太阳还近——那些地方太热,根本造不出这样的世界。一定是什么把它们挪了过去。行星迁移这一观念是说:行星形成之后并不固守原地,它会因为推拉周围的气体和碎屑而向内(有时向外)盘旋,漂到一条新轨道上,就像一个蹬开池壁的游泳者,最终停在了与出发处不同的地方。

当气体盘还在时,年轻行星的引力会在周围气体中激起螺旋形的尾迹。这些尾迹反过来拽住行星,而这股拽力通常略不平衡,会抽走行星的轨道能量,使它缓缓沉向恒星——这正是那种气体驱动的迁移,能把一颗巨行星从雪线之外一路带进灼热的近轨道。迁移也可能发生得更晚、更突兀:当行星彼此之间、或与残余碎屑之间发生引力散射时,会把一些抛向内侧、一些抛向外侧,还有一些干脆甩出系统之外。漂移的幅度可以极大——达到行星出生距离的许多倍。

迁移重塑了我们对行星系统的整套图像。它解释了热木星(在我们发现它们的地方本不可能形成的巨行星)、被锁在共振中的紧密行星链,以及我们所见轨道的惊人多样性。它也让一切变得复杂:一颗行星如今的地址,未必能说明它是在哪里组装的,所以解读一个系统的历史,如今不仅要厘清行星如何形成,还要厘清它们此后漂得多远、迁徙得多激烈。

TRAPPIST-1 那七颗地球大小的行星,排成一条整齐的共振链,每一对都以稳定的节拍牵引着下一对。这种井然的排列,被认为是温和的、气体驱动的迁移留下的指纹——在盘消散之前,它把这些行星赶到了齐步走的步调上。

许多行星并不是在我们如今发现它们的地方形成的——是迁移把它们挪了过去。

由于行星可能迁移得很远,一颗行星当前的轨道并不能可靠地指出它的出生地;要还原这段历史,确实很难。

又称
orbital migrationdisk migration轨道迁移盘迁移