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短命的“浮肿”行星  

2010-04-08 14:40:06|  分类: 文章选登 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    天文学家首次见证了一颗行星瓦解和死亡的过程。 中外天体物理学家联合组成的一个研究小组已经明确,太阳系外的一颗巨大行星正在被它的中央恒星扭曲和摧毁——这一发现有助于解释这颗名为WASP-12b 的行星体形为何会异常庞大。


行星WASP-12b在极近的距离上围绕主星旋转,强大的潮汐力使它极度浮肿,行星上的物质也正在流失
 
供稿/李抒璘

    中外天体物理学家联合组成的一个研究小组已经明确,太阳系外的一颗巨大行星正在被它的中央恒星扭曲和摧毁——这一发现有助于解释这颗名为WASP-12b 的行星体形为何会异常庞大。

    这一发现不仅可以解释WASP-12b上发生了什么,还意味着科学家获得了绝无仅有的一次良机,来观测一颗行星如何步入它生命的最终阶段。这项研究的合作 者之一、北京大学科维理天文与天体物理研究所(Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics)所长、美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的林潮教授说:“这是天文学家第一次见证一颗行星正在发生的瓦解和死亡过程。”科维理天 文与天体物理研究所是北京大学新成立的一个研究机构,在这项研究中承担了主要工作。他们在2010年2月25日出版的《自然》杂志上公布了这些发现。

    这项研究的第一作者李抒璘当时仍在科维理天文与天体物理研究所读研究生,她和一个研究小组分析了这颗行星的观测数据,证明其主星的引力如何一边使这颗行星 “浮肿”,一边加快了它的迅速瓦解过程。

    发现于2008年的WASP-12b是过去15年来在太阳系外发现的400多颗行星当中最难以理解的一颗。它围绕着御夫座中一颗质量与太阳相当的恒星运 行。和大多数已知的太阳系外行星一样,WASP-12b是一颗巨大的气态行星,在这方面跟太阳系里的木星和土星有些类似。不同之处在于,它在极近的距离上 围绕主星旋转,到主星的距离只有日地平均距离的1/44。另一个奇怪之处是,它的体形远远超过了天体物理模型预言的大小。根据估算,它的质量只比木星多大 约50%,半径却大了80%,体积是木星的6倍!它还异常灼热,面向主星那一面的温度超过2,500℃。


    这些研究人员认为,必定有某种机制使这颗行星膨胀到了如此出乎意料的程度。他们把分析焦点放在了潮汐力上,认为WASP-12b上强大的潮汐力足以产生观 测到的种种效应。

    在地球上,地球和月球之间的潮汐力导致海洋一天有两次潮起潮落。然而,WASP-12b距离主星非常近,因此这颗行星上的潮汐力会非常巨大,甚至完全改变 了这颗行星的形状,从球形变成了接近橄榄球的形状。

    这些潮汐力不光会扭曲这颗行星的形状。通过持续不断地改变行星的形状,潮汐力还会在行星内部造成摩擦。这种摩擦产生热量,导致这颗行星膨胀。林潮教授说: “这是第一次获得直接证据,证明行星内部加热 (或者说‘潮汐加热’)能够使这颗行星膨胀到目前的大小。”

    这些研究者说,尽管WASP-12b非常巨大,它却面临着早早夭折的命运。事实上,过度“浮肿”正是麻烦之一。由于体形过度膨胀,这颗行星已经无法在与主 星引力的拉锯战中留住自身的物质。李抒璘解释说:“WASP-12b以约每秒60亿吨的速率向中央恒星流失质量。以这个速率,这颗行星将在一千万年里被中 央恒星完全吞噬。这听起来似乎是一个很长的时间,但是对于天文学家来说,这个时间很短。这颗行星的寿命仅为地球目前年龄的1/450。”

    从WASP-12b流失的物质不会直接掉入主星,而是在主星周围形成一个盘,盘旋着缓慢流入主星。对WASP-12b轨道运动的深入分析表明,这个盘中还 存在另一颗质量较小的行星在扰动它的轨道。这颗行星很可能是一颗大质量的类地行星——俗称“超级地球”。

    这个行星物质盘以及包含在其中的超级地球,都可以用现有的观测设施探测到。它们的性质将有助于我们进一步明确WASP-12b这颗神秘行星的历史和命运。
 

    李抒璘 现任职于中国科学院国家天文台,曾为本刊翻译过林潮教授撰写的2008 年第6 期 《环球科学》 封面故事《行星生于乱世》。
 

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行星生于乱世
 

   人 们曾长期认为,行星的形成,如同向着既定目标庄严行进的队伍般井然有序。如今,人们却发现,这一过程穿插着许多混乱不堪的片段。

 

《环球科学》2008年06期



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