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行星迁移(英语:Planetary migration)是行星或者其他恒星旁的天体和恒星周围的盘内的气体或者微行星交互作用时发生的现象;该现象会改变行星等天体的轨道半长轴等轨道参数。现在广被接受的行星形成理论内容指出,原行星盘[1]内行星不会在相当接近恒星的区域形成,因为太过靠近恒星的区域内的天体质量不足以形成行星,并且温度过高无法让主要含岩石或冰的微行星存在。恒星旁气体盘还存在时,质量与地球相当行星可能会向内快速靠近恒星;这也可能会影响巨大行星(质量高于10倍地球质量)的核心形成,如果它们的形成是经由核心吸积机制的话。行星迁移是太阳系外行星中巨大质量且公转周期极短的热木星形成最可能的解释。

行星盘形式

气体盘

根据观测结果,年轻恒星旁的气体原行星盘寿命约数百万年。如果行星的质量与地球相当,并且与气体盘共存,行星就可能会转移角动量到周围气体,并且使行星逐渐向内侧螺旋移动。

微行星盘

在行星系统形成的晚期阶段,巨大的原行星和微行星之间的混沌重力交互作用会使许多微行星被抛入新轨道。这样的过程会使行星和微行星之间发生角动量交换而产生轨道迁移(向内或向外)。海王星向外迁移被认为是冥王星和其他冥族小天体被海王星共振捕获,造成轨道周期3:2[2]共振原因。

迁移形式

I 型迁移

气体或微行星盘内,质量与地球相当的行星会在周围区域产生螺旋状密度波,在螺旋密度波内侧和行星轨道外侧会因为密度差异发生不平衡现象。在大多数状态下,较外围的波会对行星施加比内侧波更大的力矩,这会使行星失去轨道角动量,并且使行星在行星盘存在的数百万年时间内向外迁移。

II 型迁移

超过10倍地球质量的行星会清除盘内特定区域小天体,形成缝隙,使 I 型迁移终止。然而,在较大的吸积盘中仍会有物质持续进入缝隙,让行星和其造成的缝隙在吸积盘存在期间向内移动。这是部分“热木星”形成假设。

重力散射

另一个让恒星轨道半径大幅度改变的可能机制是巨行星的重力散射。在太阳系中,天王星和海王星可能因为和木星或土星近距离接触而被重力散射改变轨道。在太阳系早期形成阶段中,寡头成长的微行星体积远小于天王星和海王星,因此可能会被重力散射到柯伊伯带和奥尔特云之间的遥远空间中。小行星90377可能就是第一个为人所知的“寡头行星”,而更小的天体可能会被散射更远而形成奥尔特云。

视频

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参考文献