为什么TRAPPIST-1的7个世界以特殊的模式跳华尔兹
TRAPPIST-1的世界排列在这位艺术家的印象中。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院）
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Keith Cooper）：科学家们可能终于揭示了诱人的TRAPPIST-1系统的历史，该系统由距离我们约40光年的七个世界组成。许多天文学家和天体生物学家表示，这些世界可能为我们提供了在太阳系外发现生命的希望，但它们也表现出特殊的轨道模式。
TRAPPIST-1的最新历史可能最终解释了这些模式是如何形成的。
当行星围绕一颗年轻恒星形成时，它们的轨道周期通常会相互“共振”。共振的一个日常例子与在操场秋千上推某人有关——如果你把推的时间安排在秋千的固有频率上，比如当秋千即将回落时，你的推会放大秋千弧度的大小。
同样，行星经常发现彼此处于共振状态。例如，一颗内行星每绕一圈外行星，就可以绕两圈。这是一个2:1的共振，就像推孩子荡秋千一样，共振行星之间的引力能量交换通常会使它们的轨道不稳定，放大轨道周期，直到行星最终脱离彼此的共振。另一个常见的行星共振是3:2。
由于上述原因，行星共振通常会随着时间的推移而变得不稳定，例如在我们的太阳系中，但并非总是如此。一些行星系统设法保持其共振模式，TRAPPIST-1就是其中之一。
具有稳定共振的系统无疑得益于系统的紧凑程度；TRAPPIST-1的七个行星分布在不到800万公里的范围内，它们都很容易多次进入水星轨道。
TRAPPIST-1的外三颗行星——分别命名为f、g和h——处于3:2共振链中。
加州理工学院的行星科学家Gabriele Pichierri在一份声明中说：“可以说，外行星的行为是正常的，具有更简单的预期共振。”。“但内部的共振有点辣。”
例如，最里面的两颗行星b和c的轨道周期处于8:5的共振状态，这意味着行星b每绕行星c的五个轨道运行八次。同时，行星c和d处于5:3的共振状态。
那么，这些复杂的安排是如何产生的呢？
Pichierri是一篇新研究论文的主要作者，该论文深入研究了TRAPPIST-1的早期历史，以发现其行星是如何在这种微妙的配置中结束的。船员们发现了一个关于气体和尘埃原行星盘移动的故事，以及推动行星旋转的强大扭矩。
最里面的行星会首先形成，因此Pichierri和他的团队将TRAPPIST-1系统分为两个子组——内行星b、c、d和e，以及外行星f、g和h。（与我们的太阳系不同，外行星是气态巨行星，TRAPPIST.1的外行星是岩石世界。）他们的建模确定了系统演化的三个阶段。
以下是团队的发现。
在第一阶段，四颗最里面的行星都以3:2的共振开始生命，因此b和c处于3:2的轨道共振，c和d以及d和e也是如此。由于内行星是由原行星盘的物质形成的，它们新兴的红矮星在其核心点燃了核聚变，并产生了开始消散星盘的辐射，星盘的内边缘将向外退缩。
在第二阶段，锚定在圆盘后退内边缘的行星e会发现自己被向外拖动，远离行星b、c和d，朝向系统外部形成的世界。这导致了行星b、c和d的轨道发生波动，随着轨道周期的扩大，它们穿过了8:5和5:3的共振，但随后被来自外系统的引力扭矩（一种扭曲的旋转力）推回，直到它们稳定在今天的8:5和5:3共振中。
但是行星e呢？到最后阶段，三个外部世界已经形成。通常，当行星在原行星盘中形成时，它们会释放轨道角动量，将这种角动量与它们从中吸积物质以生长的星盘交换。这导致它们向磁盘的内边缘迁移。在TRAPPIST-1系统中，这可能会将行星e推回，直到行星系统的内部和外部稳定在今天的配置中。
Pichierri说：“通过研究TRAPPIST-1，我们已经能够测试行星系统演化的令人兴奋的新假设。TRAPPIST.1非常有趣，因为它非常复杂：它是一条长长的行星链，是测试行星系统形成替代理论的绝佳范例。”
该研究于8月20日发表在《自然天文学》杂志上。
