僅僅30年前，科學家們還不確定太陽系外是否存在行星。現在他們已經探測到超過5000顆。但當天文學家計算出這些系外行星的尺寸時，出現了一個奇怪的 gap（空隙）。存在大量的“超級地球”——大約比地球寬1.4倍的岩石球體。還有許多“迷你海王星”，大約是地球寬度的2.4倍。但很少有行星介於兩者之間；這幾乎就像大多數世界的尺寸都是用兩種曲奇餅乾切割器切割出來的。一篇發表在Astrophysical Journal Letters上的新模型為解釋這種情況提供了一個新的答案：一切都與撞擊有關。
萊斯大學天體物理學家安德烈·伊齊多羅（André Izidoro）說，先前關於行星“半徑 gap（空隙）”的假設表明，高溫會使某些行星收縮。伊齊多羅是這項新研究的主要作者。他說，行星往往會隨著時間的推移而靠近它們的主恆星。他認為，這使得相對較輕的行星隨著熱量的升高而更快地縮小，因為熱量剝離了它們外部的氣體，而較重的行星則有足夠的引力來 удерживать（ удерживать - hold onto）這些氣體並保持其尺寸。
伊齊多羅的工作挑戰了這種基於熱量的解釋，認為 gap（空隙）是行星撞擊的結果。他的團隊根據行星系統最有可能形成的理論運行了計算機模擬：靠近恆星形成的行星通常是岩石行星，而較遠的行星通常富含水或冰——而且這兩類行星中的大多數最初都處於較大的迷你海王星尺寸範圍內，伊齊多羅說。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
隨著行星系統老化和年輕行星向其恆星漂移，行星的軌道變得不穩定，並且它們經常碰撞。伊齊多羅說，當岩石行星撞擊在一起時，它們具有更大的總質量。但它們也會失去氣體層，因此它們的組合半徑往往會減小；兩者形成一個更緻密的行星。伊齊多羅補充說，當兩顆富含水的行星碰撞時，“它們的尺寸變化不大，因為水的密度較低，因此即使在外部氣體消失後，它們仍然保持在半徑谷上方”。而一顆岩石行星與一顆富含水的行星碰撞通常會導致一顆更大的富含水的行星——再次高於半徑 gap（空隙）。
Credit: Amanda Montañez; Source: “The California-Kepler Survey. VII. Precise Planet Radii Leveraging Gaia DR2 Reveal the Stellar Mass Dependence of the Planet Radius Gap,” by Benjamin J. Fulton and Erik A. Petigura, in Astronomical Journal, Vol. 156; November 14, 2018 (data)
倫敦帝國學院的天體物理學家詹姆斯·歐文（James Owen）說，對於這種碰撞模型來說，行星必須不能像之前認為的那樣因熱量而損失那麼多質量。歐文沒有參與這項新研究。但另一方面，歐文指出，“如果你相信質量損失模型，那麼你必須認為行星體之間的碰撞……比我們想象的要少得多。”
為了檢驗這兩種假設，歐文說，未來的高解析度太空望遠鏡可以觀測迷你海王星的組成。如果這個尺寸範圍內的系外行星包含大量的氫和氦，那將有利於質量損失的觀點；高比例的水和冰將支援碰撞的解釋。
加州大學洛杉磯分校的天體物理學家、研究合著者希爾克·施利希廷（Hilke Schlichting）說，然而，“沒有辦法完全透過觀測手段來回答我們的問題”。數百萬年行星的形成無法即時觀察。“我認為你需要建模研究來理解資料真正告訴我們什麼，”施利希廷說——這樣的見解“可能會徹底改變我們對自身太陽系形成的看法。”