宜居系外行星可能会经历广泛的气候

行星系统中可能存在“混沌地球”，其中相邻行星的“年”是另一个行星“年”的整数倍，并且轨道平面未对齐。受影响的行星的轨道可能会变得非常拉长，甚至会一直翻转，以至于两颗行星都以相反的方向旋转。这些行星将具有不可预测的气候，也许一次变成数百万年的荒凉。在这里，潜在宜居的行星在三年的轨道上被海王星质量的行星所扰动，并具有拉长的轨道，这将使其变得相对炎热。因此，这里大部分是干燥的，但仍然保留了一些海洋，包括一个包含星状闪烁的海洋，天文学家将寻找其特征，因为它揭示了地表液体的存在。

华盛顿大学天文学家的最新研究详细介绍了一些可居住的系外行星如何经历极其不可预测的气候。

当功率越来越大的望远镜扫描宇宙以寻找生活时，知道去哪里看以及在哪里不浪费时间去看，将具有很大的价值。

华盛顿大学天文学家罗里·巴恩斯（Rory Barnes）及其合作者的新研究描述了可能的行星系统，其中一颗行星的重力微动只有正确的轨道构型和倾斜度，可能会对另一个可能居住的世界的轨道和气候产生轻微至破坏性的影响。 。

他们的发现发表在《天体物理学杂志》上。

巴恩斯说，混乱的程度可以在很宽的范围内变化，从那些轨道大致保持圆形的行星到那些“其轨道变得如此细长以至于一颗行星可能猛烈撞击其宿主恒星-一种极端形式的气候变化！”

巴恩斯说，即使影响不是那么显着，轨道（因此气候，因为轨道是气候的主要驱动力）仍然可能严重到足以抑制生命，或者如果生命已经开始就对行星进行消毒。

他们研究的特殊效应被称为“平均运动共振”，当两个行星的轨道周期彼此成整数比时，它就会起作用，例如海王星每绕冥王星公转两次就使太阳公转三次。重复的力，如引力微调，发生在绕着恒星运行的行星轨道的同一位置，其效应在数百万年中缓慢增长。

这可能发生在恒星宜居区域中的一颗行星上，围绕它的一排空间正好允许轨道上运行的岩石行星在其表面上以液态形式存在水，从而为生命提供了机会。巴恩斯称这样的世界为“混乱的地球”，并建议使它们成为寻找生命时的低优先事项。

这种轨道霸凌的另一个条件是“相互倾斜”，这意味着两颗行星在空间中彼此成角度。我们太阳系中的行星都在空间上位于同一平面上，被称为共面，但并非所有行星系统都像这样。因此，Barnes及其同事决定在计算机模型中“消除”行星之间的倾角并研究结果。

“这是基本思想，”他说。“当您的行星处于这种共振状态并且相互倾斜时，会发生什么？

“而我们发现事情一事无成。那些在同一时刻不断发生的微小扰动使其中一个轨道发生了一些疯狂的事情-甚至完全翻转了，然后又回到了以前的状态。这对我们来说是非常出乎意料的。”

如果波动很小，那么这样的世界可能仍会保留其生存的机会，值得进一步研究。但是，如果它们具有戏剧性，则天文学家可能应该将目光投向其他地方。

巴恩斯说：“将与主恒星逼近轨道的系统中的行星是不太有希望的目标，应该跳过以寻找其他候选者，即使今天它们是在宜居带的圆形轨道上发现的。”

他说，进一步的计算机建模将帮助研究人员区分这两种可能性。

詹姆斯·韦伯太空望远镜等功能强大的工具将在几年内上线，能够确定系外行星或太阳系以外的大气层。但是这项工作将是昂贵的，因此天文学家将需要明智地选择他们的研究对象，巴恩斯说。

巴恩斯是该研究的主要作者。合著者分别是威斯康星大学天文学教授和研究生托马斯·奎因（Thomas Quinn）和罗素·迪特里克（Russell Deitrick）；亚利桑那大学的理查德·格林伯格（Richard Greenberg）和法国波尔多天体研究实验室的肖恩·雷蒙德（Sean Raymond）。

该研究是通过虚拟行星实验室完成的，该实验室是位于美国西南大学的跨学科研究小组，由美国国家航空航天局和美国国家科学基金会资助。

出版物：罗里·巴恩斯（Rory Barnes）等人，“系外行星在相互倾斜的平均运动共振中的长寿命混沌轨道演化”，《天体物理学杂志》，2015年，第801、101页； doi：10.1088 / 0004-637X / 801/2/101

研究报告的PDF副本：相互倾斜的平均运动共振中系外行星的长寿命混沌轨道演化

图像：罗里·巴恩斯（Rory Barnes）