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行星遷移(英語:Planetary migration)是行星或者其他恆星旁的天體和恆星周圍的盤內的氣體或者微行星交互作用時發生的現象;該現象會改變行星等天體的軌道半長軸等軌道參數。現在廣被接受的行星形成理論內容指出,原行星盤[1]內行星不會在相當接近恆星的區域形成,因為太過靠近恆星的區域內的天體質量不足以形成行星,並且溫度過高無法讓主要含岩石或冰的微行星存在。恆星旁氣體盤還存在時,質量與地球相當行星可能會向內快速靠近恆星;這也可能會影響巨大行星(質量高於10倍地球質量)的核心形成,如果它們的形成是經由核心吸積機制的話。行星遷移是太陽系外行星中巨大質量且公轉周期極短的熱木星形成最可能的解釋。

行星盤形式

氣體盤

根據觀測結果,年輕恆星旁的氣體原行星盤壽命約數百萬年。如果行星的質量與地球相當,並且與氣體盤共存,行星就可能會轉移角動量到周圍氣體,並且使行星逐漸向內側螺旋移動。

微行星盤

在行星系統形成的晚期階段,巨大的原行星和微行星之間的混沌重力交互作用會使許多微行星被拋入新軌道。這樣的過程會使行星和微行星之間發生角動量交換而產生軌道遷移(向內或向外)。海王星向外遷移被認為是冥王星和其他冥族小天體被海王星共振捕獲,造成軌道周期3:2[2]共振原因。

遷移形式

I 型遷移

氣體或微行星盤內,質量與地球相當的行星會在周圍區域產生螺旋狀密度波,在螺旋密度波內側和行星軌道外側會因為密度差異發生不平衡現象。在大多數狀態下,較外圍的波會對行星施加比內側波更大的力矩,這會使行星失去軌道角動量,並且使行星在行星盤存在的數百萬年時間內向外遷移。

II 型遷移

超過10倍地球質量的行星會清除盤內特定區域小天體,形成縫隙,使 I 型遷移終止。然而,在較大的吸積盤中仍會有物質持續進入縫隙,讓行星和其造成的縫隙在吸積盤存在期間向內移動。這是部分「熱木星」形成假設。

重力散射

另一個讓恆星軌道半徑大幅度改變的可能機制是巨行星的重力散射。在太陽系中,天王星和海王星可能因為和木星或土星近距離接觸而被重力散射改變軌道。在太陽系早期形成階段中,寡頭成長的微行星體積遠小於天王星和海王星,因此可能會被重力散射到柯伊伯帶和奧爾特雲之間的遙遠空間中。小行星90377可能就是第一個為人所知的「寡頭行星」,而更小的天體可能會被散射更遠而形成奧爾特雲。

視頻

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參考文獻