據(jù)國外媒體報道,太陽系中的所有行星均圍繞著太陽的赤道平面運轉(zhuǎn)。在已知的八大行星中,地球的軌道傾斜最大,但即使這樣,傾斜角仍然很小,大約只有7度。天文學(xué)家們曾認為這很正常,所有行星的運行軌道都是圍繞主恒星的赤道平面發(fā)展進化的。但最新的研究發(fā)現(xiàn)真實情況遠比想象的復(fù)雜,至少對熱木星來說是這樣。天文學(xué)家們曾預(yù)測大多數(shù)星系中都有像地球那樣小型的巖質(zhì)行星近距離圍繞主恒星運轉(zhuǎn),同時也有大型的類木行星遠距離圍繞恒星運轉(zhuǎn)。
隨著第一顆系外行星被發(fā)現(xiàn),曾經(jīng)簡單的模型被推翻。它們的質(zhì)量與木星相當,運行速率卻快得多,幾乎是沿著其主恒星表面上飛掠而過。木星運轉(zhuǎn)一圈的周期穩(wěn)定在12年,而熱木星的公轉(zhuǎn)周期通常只需幾天,甚至幾個小時。一套新理論應(yīng)運而生。天文學(xué)家們認為,不是所有的行星都以固定的距離公轉(zhuǎn),宇宙中存在不斷遷移的行星,隨著它們的進化演變,離主恒星的距離也發(fā)生變化。
同樣令人震驚的是,一些熱木星并不是沿著與主恒星相同的赤道平面運轉(zhuǎn),而具有極大的傾斜角,其中一些甚至以與其自轉(zhuǎn)方向相反的逆方向運行。那么,這些行星的運行軌道為何如此奇特?當今廣泛認可的行星模型為“核吸積”,即行星是由星周盤內(nèi)的各類原料緩慢形成。在這些行星盤中,塵埃與冰粒通過吞噬周圍物質(zhì)不斷成長,在溫度更高的行星盤內(nèi)部,由于溫度過高,氣態(tài)水無法凝華成冰塊,因此行星的成長十分緩慢。
在更遠處,存在大量冰塊而使行星內(nèi)核快速形成,當質(zhì)量累積到足夠大時(約為地球的10倍),它們便能吸收周圍的氣體。而當行星達到這個質(zhì)量時,便能聚合周圍的氣體,迅速成長,成為成熟的行星。在此過程中,行星與星盤的相互作用使得行星向內(nèi)遷移。根據(jù)在星盤所處位置的不同,行星有可能大范圍向內(nèi)遷移,甚至最終被主恒星吞噬,這個過程最終將以主恒星吞噬系統(tǒng)中所有的塵埃與氣體告終。而行星則逐漸分散,不斷吞噬殘留的天體碎片。然而,最新發(fā)現(xiàn)的以大傾斜角運轉(zhuǎn)的行星卻無法用該模型解釋。
迄今為止,天文學(xué)家們已測算出91顆系外行星的軌道傾斜角,其中36顆行星的傾斜角超過20度,9顆行星逆向運轉(zhuǎn)。如今,天文學(xué)家們研發(fā)了一些新模型,將遷移行星的偏移解釋為因高離心力遷移使然。何為高離心率遷移?眾所周知,巨型行星最初在圓形軌道上形成,與主恒星赤道平面保持一致。隨著恒星系統(tǒng)的進化,行星的運行軌道被同一個系統(tǒng)中的其他大型天體(最有可能是其伴星)所擾亂。因此,行星的軌道越來越不像圓形,天體的傾斜度越來越大。若一個行星已大幅度傾斜,將受到“Kozai-Lidov機制”的影響。
在此機制的影響下,行星的軌道將產(chǎn)生大幅偏移。隨著它傾斜角越來越大,整個軌道卻更偏向圓形。接著,行星間的振蕩使其回到擾亂物附近,同時離心率變得越來越大。這些震蕩還能造成行星飛速掠過其主恒星,在每次近距離的交匯中,行星與主恒星互相影響彼此的潮汐。這些潮汐的強大阻力使得行星軌道迅速衰減。軌道的近日點變化不大,但遠日點卻急劇收縮。隨著行星逐漸遠離其擾亂物,振動減弱,行星的軌道重新變回圓形,但仍保持大傾斜角。
要產(chǎn)生偏移行星必須存在一個擾亂物體。天文學(xué)家們正使用世界上最大的望遠鏡試圖探測那些可能存在的擾亂物體。一些恒星看起來十分接近,但并不能簡單的認為它們就是伴星。相反,我們需要進行數(shù)月,乃至數(shù)年的觀測。如果它們確實是雙星,則會逐漸靠攏,步調(diào)一致。