TRAPPIST-1行星动力学溯源研究的新进展
TRAPPIST-1是一个温度比太阳低很多的红矮星，距离太阳系约40光年，他孕育了七颗类地行星，这个数字在所有已知恒星系统中是最多的。其中三颗行星处于宜居带中，最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜有望回答在这个系统里是否有液态水甚至是生命存在的问题。与太阳系的几颗类地行星不同，研究者们认为TRAPPIST-1的行星在其早期的原行星盘里就已经形成了，而后由于行星和原行星盘中物质的引力作用，行星向靠近中心恒星的方向迁移并停留在原行星盘的内边缘。
为什么这七个行星没有撞在一起呢？轨道共振可以在行星互相靠近的迁移过程中，在整数轨道周期比的位置捕获他们，阻止行星间的间距继续缩小。太阳系也有类似的例子，例如木卫一、木卫二和木卫三轨道的1:2:4共振，以及冥王星和海王星之间的2:3共振，这些是一阶共振的例子。然而，最靠近TRAPPIST-1的两颗行星处在二阶和三阶的很弱的共振之中，一些特殊的物理机制可能在行星形成期间发挥作用，这种不寻常的动力学结构的起源一直困扰着天文学家们。
最近，一篇发表在《皇家天文学会月报》的论文中，清华大学天文系二年级博士生黄硕和教授Chris Ormel给出了一种合理的解释。研究提出，TRAPPIST-1的行星在原行星盘的雪线处形成之后依次向里迁移。最内侧的两颗行星b和c在形成后跨越气体盘的内边缘进入一个无气体的盘空腔（见图a）。接着，其他稍远一些的行星向内移动，加入轨道共振链。同时，由于原行星盘仍然轻微向内推动行星c，行星b和c与外部行星之间的间距扩大（图b）。在行星c远离原行星盘内边缘的迁移过程中，可能被困在多个位置的三体共振中，但这取决于行星e或f的到达时间。当行星晚一些到达内盘，行星c将避开前几个障碍，然后成功在与当前观测对应的三体共振的位置被捕获（Φ4；图c）。就这样，年龄已达七十亿年的TRAPPIST-1行星的动力学构型在其形成后的一百万年内就已经尘埃落定了。
参考：
文章链接： https://arxiv.org/abs/2109.10984
