系外行星在襁褓中躲过了轰炸

2017年,美国国家航空航天局宣布了这一发现由七颗地球大小的岩石行星组成，它们在一颗名为TRAPPIST-1的恒星的宜居带内运行。现在，新的研究已经利用它们和谐的轨道来确定这些行星在它们的幼年时期可以承受多大的轰击。

法国波尔多大学的天体物理学家肖恩·雷蒙德说:“岩石行星形成后，会有物质撞击它们。”“这叫做轰炸我们之所以关心它，部分原因是这些影响可能是水和挥发性元素的重要来源，这些元素可以促进生命的生长。”

这发生在我们太阳系形成的过程中。这些行星从太阳形成时留下的气体和尘埃盘中结合起来，所有额外的碎片继续旋转，撞向行星和卫星。

在地球上，天文学家可以通过测量岩石中某些类型的元素，并将它们与陨石进行比较，来回顾数十亿年前发生的撞击。

但他们如何研究跨越近40光年的行星呢?

“我们永远也拿不到石头，”雷蒙德说。“我们永远不会在上面看到陨石坑。那么我们能做什么呢?这就是TRAPPIST-1的特殊轨道配置的作用。这是一种我们可以施加限制的杠杆。”

这七颗TRAPPIST-1行星彼此在轨道上“共振”，这意味着它们的轨道周期形成了整数的比例，以数学上可预测的模式围绕其母恒星旋转。例如，最里面的行星每完成8个轨道，下一个就完成5个，下一个3个，下一个2个，以此类推。

研究人员认为，像这样的共振链是在年轻的行星向它们的母恒星迁移时形成的，在太阳系形成过程中遗留下来的所有物质的引力影响下，这些物质也会撞到它们身上。

在雷蒙德和发表在自然天文学在美国，研究人员创建了一个计算机模型，来研究在不破坏行星和谐轨道的情况下，有多少早期的小行星和撞击物会撞击到行星上。

雷蒙德说:“我们不能确切地说有多少物质撞击了这些行星，但由于这种特殊的共振结构，我们可以给它设定一个上限。”

这个极限非常低。

“我们发现，在这些行星形成后，它们只受到了非常少量的物质的轰击。”

这项研究是由美国莱斯大学“聪明的行星”项目的研究人员共同撰写的，该项目探索了行星获取支持生命所需元素的方式。在之前的一项研究中，他们表明，地球上很大一部分挥发性元素来自形成月球的大规模撞击。

“如果一颗行星形成较早，而且体积太小，就像月球或火星的质量那样，它就不能从圆盘上吸积大量气体，”来自CLEVER Planets的合著者Rajdeep Dasgupta说。“这样的行星也很少有机会通过后期轰击获得生命必需的挥发性元素。”

研究人员认为，TRAPPIST-1系统中的这些地球大小的行星形成得相当早，可能有氢大气。它们也可能从未经历过游戏后期的大规模撞击——就像形成我们月球的那次撞击。

来自莱斯大学的合著者Andre Izidoro说:“这可能会改变地球内部的进化，排出气体，挥发性损失和其他对宜居性有影响的东西。”

他补充说，这类关于轰击的计算研究将有助于未来的望远镜，如NASA的詹姆斯·韦伯空间望远镜或超大望远镜，这些望远镜将能够直接窥探系外行星的大气层。

Izidoro解释说:“例如，如果其中一颗行星上有大量的水——假设质量分数为20%——水一定是在早期气态阶段就被吸收到行星中了。”“所以你必须了解什么样的过程可以把这些水带到这个星球上。”

与此同时，研究人员将继续倾听行星的和谐旋律。