天文学家这次可是撞上了大运,终于给了我们2亿年前那个行星系统"青春期"的高清照片。你想象一下,在太阳系还没定型、行星还没在自己轨道上站稳脚跟的时候,那个时候是什么样的场面?这简直就是个突然曝光的秘密。科学家早把行星系统是怎么生出来、老了以后长成啥样摸得透透的,可唯独中间那个长得让人觉得有点不好意思的"青少年"阶段一直是个谜——它们到底是怎么脱去那种肥嘟嘟的婴儿大气层,又慢慢挪到成年轨道上去的?现在这个系统算是被逮着了。在一项新研究里,研究人员给TOI-2076做了个全身检查,这是个大概2亿岁的行星系统,看着就像个刚要结束青春叛逆期的样子。这个发现给我们提供了难得的直接证据,证明年轻的行星是怎么把身上那层气包给剥掉,又是怎么从挤在一起的轨道里慢慢往外跑的。"咱们发现的这个情况直接把证据摆在了桌面上,说明致密行星系统的那种大动干戈和大气大换血早在很早以前就开始了,"研究人员说道,"这给咱们做长期演化模型提供了一个实实在在的参照物。" TOI-2076绕着一颗年轻的K型矮星转,这颗恒星也就2.1亿岁,在宇宙里算是个不折不扣的小年轻。这个系统里住着四颗行星,大小在地球的1.4到3.5倍之间,它们都属于那种比地球大但比海王星小的"亚海王星",在我们太阳系里可找不到这种货色。行星科学里有个老大难的问题:从系统出生到长大成人这中间到底发生了啥?很多年纪很小(不到1亿年)的系统里,行星都被锁在一种叫做"平均运动共振"的节奏里跳舞,那种模式特别稳定。可等系统长成熟了,这种紧密的共振链就不见了。大家猜测肯定有什么东西打乱了这盘棋。 TOI-2076好像正好卡在这个中间环节上。研究人员利用美国宇航局凌日系外行星巡天卫星还有地面望远镜的数据量了量这些行星的大小和转一圈的时间。他们发现这些行星排列得就像串珠子一样,间隔差不多正好说明它们以前确实被紧紧锁在那种共振状态里。不过现在虽然离得近但不彻底同步了。"我们证明了这几个行星虽然离平均运动共振很近但还没彻底锁死,"研究作者说,"这就让整个系统在动态上变得很脆弱。" 说白了就是这些行星现在正慢慢往外挪位置呢,就像跳舞跳顺了但突然跳出了节奏一样。辐射、蒸发和缩水只是其中一部分故事。研究人员还检查了一下这些行星的大气层情况。发现了一个很明显的规律:离恒星越近的行星大气越少。最里面那颗行星的氢气和氦气大气层已经没了,只剩下一个光秃秃的岩石核。往外的三颗还保留了总质量的1%、5%和5%的氢气和氦气。这趋势很简单也很吓人:离得越近剩下的大气就越少。 这种模式有力地支持了一种叫"光致蒸发"的理论。年轻恒星发出来的辐射特别厉害,会把行星高层大气给烤热了。如果温度太高气体会直接跑掉散到太空中去。离得近的接收辐射多自然就损失大点儿。在最初那1亿年里这种剥离过程要么把大气层全给剥光了要么就剩个1%左右的薄薄一层残余。 远一点的行星接受到的辐射弱点儿保留下来的大气包层就多点儿。 计算机模拟对这个解释特别重要。研究作者做了个模型假设四颗行星一开始岩石和气体比例差不多。然后模拟了一下恒星辐射是怎么随时间慢慢侵蚀掉这些大气层的。 结果和TOI-2076实际看到的一模一样。 模型还显示当行星失去气体变轻之后引力互动也会跟着变稍微差一点, 这就把它们往外推推动了它们偏离精确共振间距也跟着变大了。 "看到模型在现实世界里管用并且能解释正在发生的事简直太让人信服了。" 研究作者之一、佛罗里达理工学院的教授霍华德·陈说道。 想要在这个阶段捕捉到一个行星系统太难了因为相比于恒星数十亿年的寿命青少年期实在是太短暂了。 我们看到的大多数系统要么年纪很小要么已经很稳定了。 TOI-2076在这些极端之间搭了座关键的桥。 它给咱们提供了直接的观测证据说明轨道重塑和大气剥离很早就开始并且是同时发生的。 这些发现还帮天文学家给长期演化模型找到了个经验性的参照点也有助于解释那些密密麻麻的致密系统是怎么变成更稳定的样子的。 当然这也只是一个例子罢了。 科学家们还得找更多类似年纪的系统来看看这种演化路子是不是银河系里的普遍现象。 研究人员现在计划把更新后的模型套用到别的年轻系统上去继续寻找那种正在活跃地往外逃逸气体的迹象。 这项研究发表在《自然·天文学》杂志上。 记得点关注“知新了了”哦!