如果太阳系获得了一个超级地球会怎样？
外面的黑色圆圈是木星的轨道，红色圆圈覆盖了他放置超级地球的范
【菜科解读】
研究中的这张图显示了凯恩是怎么进行模拟的。
外面的黑色圆圈是木星的轨道，红色圆圈覆盖了他放置超级地球的范围。
Credit: Kane, 2023
神奇的地球uux.cn据美国物理学家组织网 by Evan Gough, Universe Today：在这个发现系外行星的时代，天文学家已经发现了超过5000颗已确认的系外行星，还有数千颗等待确认，还有数十亿颗等待发现。
这些系外行星存在于令人困惑的大小、成分、轨道周期以及几乎所有其他可以测量的特征中。
对它们的了解也揭示了我们的太阳系。
我们过去认为这是行星的原型排列，因为这是我们必须继续下去的全部。
但是现在我们知道我们可能是离群值，因为我们没有超级地球。
超级地球是一类常见于其他太阳周围的行星。
它们仅由质量来定义，在2到10个地球质量之间。
尽管行星搜寻者已经发现了超过1500颗，但我们的太阳系一颗也没有。
由于我们的太阳系缺少这些典型类型中的一种，行星科学家很难理解其他系统中的超级地球。
我们太阳系的结构与天文学家在其他太阳周围看到的也有巨大不同。
像开普勒-11这样的系统在紧凑的系统中有多个行星，它们在长期稳定的轨道上离太阳更近。
如此密集的行星之间的相互作用应该会导致轨道不稳定，但开普勒-11的行星有可能稳定数十亿年。
该系统中最小的行星开普勒-11 f的质量仍然是地球的2.5倍。
其他像HD 20782这样的系统有着极端轨道偏心率的行星。
HD 20782 b拥有已知最偏心的轨道之一。
它的偏心率是0.97，非常高，因为偏心率1.00是逃逸轨道。
当作对照，地球的偏心率是0.016，其中0是圆形轨道。
因此，HD 20782 b在其585天的轨道上从内太阳系旅行到外系统时，经历了剧烈的温度波动。
一位经验丰富的行星研究者想知道如果我们的太阳系真的有一个超级地球会发生什么。
它会怎么改变我们的太阳系？超级地球会让我们的太阳系与我们在银河系中看到的其他系统更加一致吗？我们的太阳系会被认出来吗？
为了找到答案侦破纪实：他在模拟太阳系的过程中制造了一个模拟的超级地球。
他叫斯蒂芬·凯恩，是加州大学的行星天体物理学教授。
论文是“太阳系超级地球的动力学结果”，凯恩是唯一的作者。
这篇论文还没有经过同行评议。
在他的论文中，凯恩指出了我们太阳系的行星大小/质量差距以及这对研究人员的意义。
没有一个介于地球和海王星质量之间的超级地球，很难将我们的系统放入背景中。
很难模拟这些行星是怎么形成的，它们的成分可能是什么。
我们的系统没有超级地球可能有多种真相。
木星和土星的早期迁移可能起到了一定的作用，吞噬了原来可能聚集在地球或火星上的质量，将它们变成了超级地球。
没有我们自己的超级地球来研究，研究人员留下了许多问题。
“即便如此，”凯恩写道，“调查太阳系内额外行星质量的动力学结果是有用的，以便约束当前的形成理论，并研究对一般行宇宙岛统架构的影响。
”
详细的计算机模型和模拟是天文学的主要组成部分，随着时间的推移，它们变得更加详细和强大。
研究人员改变输入来观察像太阳系和行星这样的东西在不同条件下是怎么形成和表现的。
在这项工作中，凯恩将一个超级地球放在我们的太阳系中，看看会发生什么。
凯恩写道:“在这篇论文中，我们提供了一项动力学研究的结果，该研究将一颗额外的类地行星放置在当前太阳系架构内的质量范围1至10个地球质量和半长轴范围2-4 AU内。
”
凯恩补充说，行星的质量在1到10个地球质量之间，以1个地球质量为步长。
他将行星放在圆形轨道的不同起始位置。
轨道与地球共面，半长轴范围为2到4个天文单位 AU ,步长为0.01 AU。
“这导致了几千次模拟，每次模拟允许运行107年，从当前纪元开始，每100个模拟年输出一个轨道配置，”凯恩解释说。
模拟显示内行星比外行星更容易受到超级地球的不稳定性的影响。
“2-4au的广阔区域包含许多与内行星的MMR 平均运动共振位置，这进一步放大了内太阳系的混沌演化，”论文指出。
“混沌进化”是轻描淡写。
超级地球的加入改变了行星之间的关系，也改变了整个内太阳系的结构。
“在这个例子中，所有四颗内行星的轨道都变得非常不稳定，以至于在107年的模拟结束之前，它们就被从系统中删除了。
”
可怜的火星在被喷射之前只进行了一半的模拟。
在与金星和地球相互作用之前，水星只完成了模拟的三分之一，它们越来越大的偏心率给水星的轨道带来了角动量，将其赶走。
在另一轮模拟中，凯恩在3.7天文单位的距离放置了一个有八个地球质量的超级地球。
这导致地球和金星的偏心率开始略有增加，然后，加上木星的影响，扰乱了水星的轨道，以至于它再次被迅速驱逐。
水星灾难性的移动通过向轨道注入角动量改变了地球和金星。
凯恩写道:“这导致了它们轨道的实质性周期性演变，它们的偏心率有高低频变化。
”
在这种情况下，火星的轨道相对不受影响，尽管由于与外行星的相互作用，它的偏心率“经历了高”频率的振荡。
"
外太阳系也发生了变化，尽管没有那么严重。
当模拟将一颗有7个地球质量的行星放置在3.79天文单位时，起初没有发生太多事情。
但最后，会有戏剧性的变化。
超级地球的轨道改变，它的半长轴远达30天文单位。
大约400万年后，超级地球被逐出系统。
凯恩解释说，它的喷射转移了角动量，这“对土星、天王星和海王星的偏心率产生了重大影响”。
在另一个模拟中，注入的超级地球也有7个地球质量，AU变化很小，从3.79到3.8。
超级地球再次被抛出，木星和土星的偏心率增加。
这个微小的变化也引发了天王星的消失。
凯恩进行了几千次模拟，根据参数，一些内行星被喷射出去，就像植入的超级地球一样。
在其他建筑中，冰冷的巨人也被逐出。
但是弹射只是一种结果，尽管是最极端的结果。
模拟显示超级地球的存在会使其他行星的轨道更加偏心。
这可能会对行星的气候造成严重破坏，因为温度会根据行星在其偏心轨道上的位置而大幅波动。
“这些相互作用导致金星和地球轨道偏心率的大幅振荡，制造了米兰科维奇周期，可能会影响这些行星的长期气候，”凯恩总结道。
那里有许多超级地球，它们的存在对其他系统的可居住性有多强的影响是一个悬而未决的问题。
如果这项研究有什么启示的话，这是一个需要研究的问题。
“行星气候对超级地球轨道相互作用的依赖将需要进一步的大气数据和建模，以确定这种行星的存在 或缺乏是否会优先导致偏心率驱动的气候效应，”作者解释道。
在之前的几十年里，天文学家利用我们太阳系的结构来开发太阳系形成和结构的模型。
但是现在我们知道，我们的太阳系并不能代表外面的世界，尤其是当它涉及到超级地球的时候。
这种差异可能源于大行星的迁移方式。
“特别是，这些很大的行星迁移事件可能影响了内太阳系中类地行星的形成过程，并缩短了迄今为止发现的最常见的行星类型:超级地球的形成，”论文指出。
大钉假说显示了木星怎么在3.5天文单位形成，向内迁移到1.5天文单位，然后再向外迁移到5.2天文单位。
行星之王像那样在太阳系中移动会影响周围的一切。
它可能会在内太阳系的物体之间产生碰撞级联，将物质推向太阳，这可能会形成一个超级地球。
一些研究人员认为，我们的系统在遥远的过去确实有一个超级地球，它在太阳下消亡了。
凯恩称我们缺少超级地球是一把双刃剑。
一方面，我们没有机会像研究类地行星、气体巨星或冰巨星那样近距离地研究超级地球。
但是超级地球的存在可能会彻底改变太阳系，对生命来说可能是灾难性的。
“我们的结果揭示了我们现有行星结构的动态脆弱性，允许在行宇宙岛统架构的更广泛背景下对这种结构进行更详细的检查，”凯恩写道。
这项工作的重要目的是将我们自己的“古怪”系统与外面过多的含有超级地球的太阳系进行比较。
“从个体和统计的角度来研究这些系统的轨道，将展示与超级地球行星共享动态空间的真实结果，”他总结道。
这项研究发表在arXiv预印本服务器上。
研究人员发现在过去的470万年里几次海洋底部环流崩溃
Credit: Yao Huiqiang（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（cy Chinese Academy of Sciences）：南极底层水(AABW)覆盖了全球海底的三分之二以上，菜叶说说，其形成最近已经减少。
然而，它的长期可变性还没有得到很好的理解。
由中国科学院地质与地球物理研究所邓教授带领的研究人员和他们的合作者重建了约470万年前的AABW历史。
他们发现，AABW已经坍塌了几次，这种坍塌可能导致了水分运输，从而加剧了北半球的冰川作用(NHG)。
这部作品于2月24日在科学进展出版。
这项研究的依据是位于海平面以下5 050米的东太平洋直径36毫米的铁锰结核。
结核由中国地质调查局广州海洋地质调查局采集。
磁扫描是提供精确年代测定结果的一个重要因素。
“这是一个关键，尽管最终的日期是通过整合10Be/9Be，金属Co的通量和天文调谐获得的，”同济大学的Yi Liang博士说，他是该研究的第一作者，也是IGG/CAS的博士后。
“由于AABW是海底区域氧气的主要提供者，我们使用了各种科学方法来确定铁锰结核中的金属积累与海洋氧化还原条件之间的关系，”邓教授说。
"镍、锰和铜的含量用来指示AABW的变化."来自东太平洋的AABW记录和主要的AABW、NADW和NHG事件。
Credit: Deng Chenglong’s group这些结果表明，自约3.4百万年以来，东太平洋海水含氧量呈线性增加。
这一趋势与南极冰盖(AIS)的观测结果一致，表明它们之间存在协变。
将AABW记录与过去100万年的其他地质记录进行比较，研究人员发现海洋底部环流的冰川增强。
这一观察表明，当地球气候寒冷时，例如在过去的冰川时期，大气中的CO2可能已经定期储存在深海中。
这些对比清楚地突出了七个海水含氧量低的区间，表明AABW的影响被降低到了一个更低的水平。
这些时期被称为AABW崩溃，并伴随着北大西洋深水(NADW)的增强以及NHG历史的关键阶段，如NHG变得强化或放大。
研究了铁锰结核及其年龄模型。
Credit: Deng Chenglong’s group虽然我们不知道将会发生什么来应对持续的人工智能融化和AABW减速，但AABW崩溃可能在过去几次将地球拖入更恶劣的冰川气候。
在太阳系，和地球类似的天体非常多。
跟着人类科技的先进，我们总算知道，地球只是一颗一般的行星，在太阳系，和地球类似的天体非常多。
即使脱离太阳系，在世界中，行星这种天体也是无处不在，而且广泛比地球大得多，甚至也比 太阳系最大的行星 木星大。
关于体积和木星类似、又距离宿主 恒星 非常近的一类系外行星，科学家统称为热木星。
到目前为止，人类现已发现了几百颗热木星。
而这种天体的总数，实际上要更多。
根据天文学家预算， 银河系 内至稀有1000亿颗行星，其间7%是热木星。
这个份额看起来不大，可是终究基数大，算下来估计也有70亿，和地球上的人口差不多了。
那么，世界中的热木星为何叫“热”木星呢？它们究竟有多热呢？ 首要，它们距离自己的宿主恒星非常近。
太阳系内最内侧的行星是水星，距离太阳姑且有5800万公里。
而热木星，最近的甚至或许只需几百万公里。
由于它们距离宿主恒星如此之近，导致许多热木星处于潮汐确认情况，也就是说，它们和月亮相同，只需一面可以朝向自己的宿主恒星。
离宿主恒星很近、潮汐确认，导致了热木星表面温度极高，过1000℃那是常有的事，甚至最高的还有逾越4000℃的。
相比之下，有些比较小的恒星，或许还没有这么热。
而热木星的本质和木星相同，是以气体为主的巨行星。
我们知道，热胀冷缩的现象在气体的情况下表现得尤为显着。
因此，热木星广泛非常疏松，尽管有许多热木星质量还没有木星大，可是体积却逾越了木星。
这也导致了另一个效果，最外层的气体很暗淡，影响了它们凌日的作用，因此科学家也很难判别它们的直径究竟有多少。
可是，问题在于：尽管温度很高，这些热木星的体积好像也大得有点过火啊，热胀冷缩有这么强的作用吗？ 有一些科学家指出：热木星的内部，或许也存在热源。
在宿主恒星的炙烤下，热木星表面温度急剧升高。
当温度提升到1500K之后，它内部的钠、钾等元素就会被电离。
而在星球表面的风的作用下，这些带电粒子就会在它们的磁场内部高速移动。
我们知道，磁是可以生电的，它们不断切开磁感线，就会发生电流。
而电流会发生出热量，在内部给热木星加温。
就这样，本来外界环境就极热，内部又像是一个电烤箱，热木星就会大幅胀大，变成了今天的姿态。
那么，已然热木星只需一面朝向宿主恒星，另一面永久处于黑私自，它的不好是否就比较“凉快”呢？ 绝非如此。
我们知道，木星的表面布满了林林总总的条纹，菜叶说说，实际上都是木星表面的风暴。
热木星在这一点也是和木星非常类似的，它们表面空气活动速度非常快，所以正面的超高温空气很快就会被吹到不好。
就这样，不好也变成了阴间一般的酷热世界。
