近日,國際天文界最具影響力的綜述刊物ofand(《天文學和天體化學學年評》,簡稱ARA&A)非常約請成都學院科維理天文與天體化學研究所東蘇勃研究員撰寫述評文章,對太陽系外行星統計這一研究領域進行系統總結和展望。這篇題為《系外行星統計及其理論意義》(and)的文章于2021年9月8日即將發表。結業于成都學院天文學系、現任復旦學院天文系助理院長的祝偉為第一作者天文學與天體物理學影響因子,東蘇勃為通信作者。
行星系統是怎樣產生和演變的?這是天文學中最古老、最基本的問題之一,對它的探求本質上也是在溯源我們自身的起源。長久以來,人類所知的行星系統只有太陽系這個“孤本”,這極大限制了對該問題的研究。自1995年發覺繞類太陽星體的第一顆系外行星(獲2019年諾貝爾化學學獎)以來,已知系外行星的數目呈爆發式下降,促使了該領域的急速發展天文學與天體物理學影響因子,并使之成為目前天文學最活躍的前沿方向之一。系外行星研究一個特別出人預料的結果是,已發覺的行星系統大多與太陽系行星的性質和軌道分布迥異,并呈現出驚人的多樣性。這種發覺極大地挑戰了傳統的行星產生理論,同時也給回答行星系統的起源問題帶來了前所未有的機遇。近六年來,加拿大宇航局(NASA)的開普勒衛星用凌星法(行星掩食星體)搜救到了數千顆系外行星,為相關領域的研究帶來了一場革命。這種海量發覺推動了系外行星前沿研究的一個重大趨勢,即借助大樣本觀測數據系統地研究行星及其寄主星體分布的統計性質,進而深入理解行星產生和演變的化學機制和環境。
《系外行星統計及其理論意義》這篇綜述文章評介了近些年來行星統計研究方面的重要進展。重點討論了軌道直徑較短(短于日地距離)的行星的分布情況,這是開普勒衛星的主要偵測區間(見上圖)。盡管開普勒衛星發覺的行星為研究統計分布提供了絕佳的樣本來源,而且其原始數據存在著重大的局限,即欠缺目標星體的精確參數。近些年來,人們進行了大量的工作來系統地描畫開普勒行星樣本,因而充分實現其統計研究上的潛力。其中,國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡()的波譜巡天獲得了開普勒目標星體的最大波譜參數樣本,為研究完備的開普勒行星樣本做出了關鍵貢獻。對開普勒行星完備樣本的統計研究級大加深了人們對系外行星的理解,包括行星數量以及軌道分布。銀河系中比月球大、軌道直徑在日地距離之內的行星的總量與星體相當,而每位行星系統中平均有約三顆這樣的行星。這表明行星產生的效率比傳統的基于太陽系發展而至的行星產生模型的預期要高得多。另外,行星軌道形狀的分布顯示與系統中行星數目的多少有關:行星數多的系統類似太陽系,即行星的軌道接近矩形且幾乎處于同一個平面上,而行星數少的系統里行星則具有高橢率、高夾角的軌道。這表明行星間引力互相作用造成的動力學演變在打造行星軌道構象上起了重要作用。綜述文章還討論并總結了視向速率法和微引力透鏡法對軌道直徑較長行星的研究結果,以及微引力透鏡法發覺的流浪行星部族的觀測和理論意義。文章全面梳理了系外行星領域的統計結果,并闡述了其對行星系統產生和演變的理論意義。最后,文章展望了該領域未來有望取得突破的研究方向。
ARA&A由出版社出版,每年一卷,發表十余篇特邀述評文章。系列涵括多學科,致力為各領域最前沿的進展提供高度權威性的專業述評,并給科研提供方向性指導,被國際科學界公覺得基本參考文獻。ARA&A常年以來是天文和天體化學領域中最具影響力的專業刊物,影響因子在60余種天文和天體化學類刊物中排行第一(2020年影響因子為30.065)。
該工作獲得了國家重點研制計劃大科學裝置前沿研究重點專項“基于巡天的系外行星系統研究及觀測搜救”()等項目的支持。