仅仅30年前，科学家们还不确定太阳系外是否存在行星。现在他们已经探测到超过5000颗。但当天文学家计算出这些系外行星的尺寸时，出现了一个奇怪的 gap（空隙）。存在大量的“超级地球”——大约比地球宽1.4倍的岩石球体。还有许多“迷你海王星”，大约是地球宽度的2.4倍。但很少有行星介于两者之间；这几乎就像大多数世界的尺寸都是用两种曲奇饼干切割器切割出来的。一篇发表在Astrophysical Journal Letters上的新模型为解释这种情况提供了一个新的答案：一切都与撞击有关。
莱斯大学天体物理学家安德烈·伊齐多罗（André Izidoro）说，先前关于行星“半径 gap（空隙）”的假设表明，高温会使某些行星收缩。伊齐多罗是这项新研究的主要作者。他说，行星往往会随着时间的推移而靠近它们的主恒星。他认为，这使得相对较轻的行星随着热量的升高而更快地缩小，因为热量剥离了它们外部的气体，而较重的行星则有足够的引力来 удерживать（ удерживать - hold onto）这些气体并保持其尺寸。
伊齐多罗的工作挑战了这种基于热量的解释，认为 gap（空隙）是行星撞击的结果。他的团队根据行星系统最有可能形成的理论运行了计算机模拟：靠近恒星形成的行星通常是岩石行星，而较远的行星通常富含水或冰——而且这两类行星中的大多数最初都处于较大的迷你海王星尺寸范围内，伊齐多罗说。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
随着行星系统老化和年轻行星向其恒星漂移，行星的轨道变得不稳定，并且它们经常碰撞。伊齐多罗说，当岩石行星撞击在一起时，它们具有更大的总质量。但它们也会失去气体层，因此它们的组合半径往往会减小；两者形成一个更致密的行星。伊齐多罗补充说，当两颗富含水的行星碰撞时，“它们的尺寸变化不大，因为水的密度较低，因此即使在外部气体消失后，它们仍然保持在半径谷上方”。而一颗岩石行星与一颗富含水的行星碰撞通常会导致一颗更大的富含水的行星——再次高于半径 gap（空隙）。
Credit: Amanda Montañez; Source: “The California-Kepler Survey. VII. Precise Planet Radii Leveraging Gaia DR2 Reveal the Stellar Mass Dependence of the Planet Radius Gap,” by Benjamin J. Fulton and Erik A. Petigura, in Astronomical Journal, Vol. 156; November 14, 2018 (data)
伦敦帝国学院的天体物理学家詹姆斯·欧文（James Owen）说，对于这种碰撞模型来说，行星必须不能像之前认为的那样因热量而损失那么多质量。欧文没有参与这项新研究。但另一方面，欧文指出，“如果你相信质量损失模型，那么你必须认为行星体之间的碰撞……比我们想象的要少得多。”
为了检验这两种假设，欧文说，未来的高分辨率太空望远镜可以观测迷你海王星的组成。如果这个尺寸范围内的系外行星包含大量的氢和氦，那将有利于质量损失的观点；高比例的水和冰将支持碰撞的解释。
加州大学洛杉矶分校的天体物理学家、研究合著者希尔克·施利希廷（Hilke Schlichting）说，然而，“没有办法完全通过观测手段来回答我们的问题”。数百万年行星的形成无法实时观察。“我认为你需要建模研究来理解数据真正告诉我们什么，”施利希廷说——这样的见解“可能会彻底改变我们对自身太阳系形成的看法。”