一顆系外行星的藝術表現，其表面的為超水冰在接近行星系統的中心恒星時不斷蒸發并形成大氣。與行星在其原始位置的地解釋值相比，這一過程增加了測量的球尺潛行星半徑。貸項:uux.cn/托馬斯·穆勒（MPIA）
（神秘的寸分差距地球uux.cn）據馬克斯·普朗克學會：通常，在演化的神秘行星系統中，如太陽系，提供行星沿著穩定的模擬軌道圍繞其中心恒星運行。然而，為超許多跡象表明，地解釋一些行星可能在早期進化過程中通過向內或向外遷移而離開其出生地。球尺潛
這種行星遷移也可以解釋困擾研究人員多年的寸分差距一個觀察結果:大小約為地球兩倍的系外行星數量相對較少，被稱為半徑谷或缺口。神秘相反，提供還有許多比這個大小更小和更大的模擬系外行星。
海德堡馬普天文研究所（MPIA）的系外行星研究員雷莫·伯恩解釋說:“六年前，對開普勒太空望遠鏡數據的重新分析顯示，大小約為兩個地球半徑的系外行星短缺。”他是這篇文章的主要作者，這篇文章報道了這篇文章中概述的發現，現在發表在《自然天文學》上。
半徑谷從何而來？
“事實上，我們和其他研究小組一樣，根據我們的計算預測，甚至在這次觀察之前，這樣的差距肯定存在，”國家行星研究能力中心（NCCR）成員、合著者克里斯托夫·莫爾達西尼解釋說。他是伯爾尼大學太空研究和行星科學系的負責人。這一預測源于他在MPIA大學擔任科學家期間，該校多年來一直與伯爾尼大學共同研究這一領域。
解釋這種半徑谷出現的最普遍的機制是，由于中心恒星的輻射，行星可能會失去其原始大氣的一部分，特別是像氫和氦這樣的揮發性氣體。“然而，這種解釋忽略了行星遷移的影響，”Burn澄清道。
大約40年前就已經確定，在一定條件下，隨著時間的推移，行星可以通過行星系統向內和向外移動。這種遷移的有效性以及它對行星系統發展的影響程度影響著它對形成半徑谷的貢獻。
神秘的亞海王星
兩種不同類型的系外行星居住在間隙周圍的大小范圍內。一方面，有巖石行星，它們可能比地球更大，因此被稱為超級地球。另一方面，天文學家越來越多地在遙遠的行星系統中發現所謂的亞云系（也稱迷你云系），它們平均比超級地球略大。
“然而，我們在太陽系中沒有這類系外行星，”Burn指出。“這就是為什么即使在今天，我們也不能完全確定它們的結構和組成。”
然而，天文學家普遍認為這些行星比巖石行星擁有更廣闊的大氣層。因此，對這些子云系特征如何影響半徑差距的理解一直是不確定的。這種差距是否意味著這兩種世界的形成方式不同？
系外行星的數量在1.6到2.2之間減少，產生了一個明顯的分布低谷。相反，有更多的行星大小約為地球半徑的1.4倍和2.4倍。最新的模擬首次考慮了水的現實屬性，表明遷移到行星系統內部的冰行星形成了厚厚的水蒸氣大氣層。這使得它們看起來比原來的地方要大。這些在大約2.4個地球半徑處產生峰值。與此同時，較小的巖石行星會隨著時間的推移失去部分原始氣體包層，導致其測量半徑縮小，從而導致約1.4個地球半徑的積累。鳴謝:uux.cn/MPIA·莫爾達西尼·伯恩
流浪的冰行星
“根據我們在2020年已經發表的模擬，最新的結果表明并證實，相反，亞海王星誕生后的演化對觀察到的半徑谷有很大貢獻，”日內瓦大學的朱莉婭·文圖拉尼總結道。她是行星合作組織的成員，領導了2020年的研究。
在行星出生地的冰區，行星從恒星接收到的變暖輻射很少，亞海王星確實應該具有觀測分布中缺失的尺寸。當這些可能是冰的行星遷移到離恒星更近的地方時，冰融化了，最終形成了厚厚的水蒸氣大氣。
這一過程導致行星半徑向更大值移動。畢竟，用于測量行星半徑的觀測無法區分所確定的大小是由行星的固體部分造成的還是由額外的稠密大氣層造成的。
與此同時，正如在前面的圖片中已經暗示的那樣，巖石行星因失去大氣層而“縮小”。總的來說，這兩種機制都缺乏大小約為兩個地球半徑的行星。
模擬行星系統的物理計算機模型
“伯恩-海德堡小組的理論研究已經大大推進了我們對過去行星系統的形成和組成的理解，”MPIA主任托馬斯·亨寧解釋說。“因此，目前的研究是多年聯合準備工作和不斷改進物理模型的結果。”
最新的結果來自追蹤行星形成和隨后演化的物理模型的計算。它們涵蓋了年輕恒星周圍的氣體和塵埃盤中產生新行星的過程。這些模型包括大氣的出現、不同氣體的混合和徑向遷移。
“這項研究的核心是水在行星及其大氣層內的壓力和溫度下的特性，”Burn解釋道。理解水在各種壓力和溫度下的行為對模擬至關重要。這方面的知識只是在最近幾年才具備足夠的質量。正是這種成分允許對次海王星的行為進行現實的計算，因此解釋了在較溫暖地區廣泛大氣的表現。
“在這種情況下，分子水平上的物理特性如何影響大規模的天文過程（如行星大氣的形成）令人矚目，”亨寧補充道。
“如果我們將研究結果擴展到溫度較低的地區，那里的水是液態的，這可能表明深海中存在水世界，”莫爾達西尼說。“由于它們的大小，這些行星可能存在生命，并且是尋找生物標志物的相對簡單的目標。”
未來的工作
然而，目前的工作只是一個重要的里程碑。盡管模擬的大小分布與觀察到的大小分布非常接近，并且半徑差距在正確的位置，但細節仍有一些不一致。例如，在計算中，太多的冰行星離中心恒星太近了。盡管如此，研究人員并不認為這種情況是一個缺點，而是希望通過這種方式更多地了解行星移民。
用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）或在建的超大型望遠鏡（ELT）等望遠鏡進行觀測也會有所幫助。他們將能夠根據行星的大小確定行星的組成，從而為這里描述的模擬提供測試。
參與這項研究的MPIA科學家是雷莫·伯恩和托馬斯·亨寧。
其他研究人員包括Christoph Mordasini（瑞士伯爾尼大學（Unibe））、Lokesh Mishra（瑞士日內瓦大學（Unige）和Unibe）、Jonas halde Mann（Unibe）、Julia venturi ni（Unige）和Alexandre Emsenhuber（Ludwig Maximilian大學和Unibe）。
美國國家航空航天局·開普勒太空望遠鏡在2009年至2018年期間搜索了其他恒星周圍的行星，并在運行期間發現了數千顆新的系外行星。它利用了凌日法:當行星的軌道傾斜到平面位于望遠鏡的視線范圍內時，行星在其軌道上周期性地遮擋恒星的部分光線。恒星亮度的這種周期性波動能夠間接探測到行星并確定其半徑。