大家好，欢迎来到《天文探秘》课堂。本课程主要简单介绍天文学的基本知识，包括宇宙和星系、引力和暗物质、太阳和太阳活动、恒星和致密星（黑洞）、以及系外行星 等多个领域和方面。通过本课程的学习，你能够系统地了解到很多不曾了解的事实，惊奇地发现许多令人惊叹的奥秘。 本课程总共十周，由五位老师共同授课（各位老师均为相关领域的专家）、每人两周。课程以介绍基本知识为主，尽量避免复杂公式的推导和计算，所以难度不大，但知识点比较多。学习者通过观看视频学习，然后完成每周小测即可。最后总成绩即为每周小测成绩之和。 《天文探秘》课程是一门难得的好课，期待大家的加入，让我们一起探索神秘的宇宙！
行星的演化
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天文探秘
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從本節課中
系外行星的探索和形成
本章节主要介绍系外行星相关的内容，包括系外行星的发现、探索和形成。地球（太阳系）是极其特殊的，正是因为这个特殊性从而创造出我们人类。或许，通过观察系外行星的形成和演化过程，可以帮助我们进一步探寻人类起源等问题的答案。
與講師見面
施勇教授
天文与空间科学学院
谢懿副教授
天文与空间科学学院
陈鹏飞教授
天文与空间科学学院
李向东教授
天文与空间科学学院
周济林教授
天文与空间科学学院
恒星是怎么形成的，就是通过这个途径，我们可以看到，这个叫核吸机，所谓核吸机，就- 是先有核
再吸收气体，那么你可以看到，这个这个，核是怎么形成的呢？ 刚开始说很多胚胎长大，那么这个胚胎
为什么说形成十个地球质量呢？这是速度模拟，你看呢这幅图，这个工作非常经典
这个叫Polark他们那个经典1996年，这个文章引用，可能超过两千次啦
这个，而且越演越多，因为现在系外行星形成嘛 你看到它，横坐标，是百万年
纵坐标，是它的一个行星的整个质量 胚胎的质量，所以呢行星，行星呢先形成一个胚胎
等这个胚胎形成之后，它在达到十个地球质量的时候 这个胚胎长不大了，是不是，它的东西，固体物质都被它吸光了
但它可以吸收气体，但吸收气体呢，很慢
这条线，是固体，黑的线是固体，这个底下这个虚线，这个是气体
这个气体，可以慢慢增长，气体长大跟固体差不多，也是十个地球质量的时候
加起来总共二十个地球质量的时候，这个气体可以放到雪崩式 雪崩式的增长，一下子到几百个地球半径
地球质量，那么就是，现在木星就是现在三百十二个地球质量，对吧？所以，就像木星这样的 所以说，可以形成木星。
所以，这幅图呢，就是模拟上显出来可以形成木星。
但是，这有一个问题，我们看到，它形成木星的年代，非常的久。
它要到六个百万年到8个百万年，这六百万年到八百万年，到这个一千万年。
到八百万年，我们刚才说啦，我们这个盘允不允许它有这么长时间
去形成类木行星呢？这个有点问题，我们刚才说 通过看盘呢，不同的盘，我看比如说多少个
比较年轻的早期的恒星，看看有盘的概率 再看，跟它的寿命相关起来，就可以得到，这个盘的平均年龄了
这幅图显示的你可以看到，在一百万年然后两百万年的时候，只有百分之四五十
这有盘了，再到六七百万年的时候，已经只有百分之一二十啦 换句话说，盘的平均寿命，大概只有三百万年。
而你形成一个木星，需要 六七百万年，所以说这样的情况下，对多数木星，是形不成的
是不是？所以这是一个问题，这个行星形成是个重大问题 当然后面，人们找到一些解决办法，比如它边形成的时候，它有迁移
慢慢地迁移，迁移的时候就会发现，它会吸收，加快吸收气体。
所以这个速度会加，加快一点 所以这里几个问题就，这个胚胎形成，第二个呢，还有准进它的一个时标问题，第三个呢叫
这个P碰撞和行星的组成成分，还有类木行星，各种成分都不一样 所以这些都是很有即兴趣值得去研究的。
那么还有第二个问题就，类地行星怎么形成 类木行星形成之后，如果像木星
像土星就原原地不动了，或者说很小规模地迁移 那不影响里面的类地行星，那么类地行星还残留在长不大
在大气盘消散了之后，它相互碰撞，有的被散射出去，有的慢，就再长大继续，稍微长大一点
那么就形成像地球这么大的这个行星，这个在类地
这个太阳系的地球形成啊，比木星要晚的多
地球，它的形成大概是两百个百万年左右，俩亿年，太阳系俩亿年左右
现在地球，地月系，大概是，也是在那个时候形成的 然后，那个四到四亿年的时候，有个巨型轰炸，那个星球，对吧？
但是呢，这是可以解释，就是类地行星，像地球这么小
但是前几年，人们突然发现，这个，除了一个地球这样的，就发现靠的很近的地方
有几个地球质量，10个地球质量，或者7.5个地球质量，这么大的叫超级地球
超级地球在当地形成，是有问题的 为什么呢？因为我刚才说了，它这个里面内部的核，最多就一个地球质量吗
对不对？没法形成，它那里的原材料是很多，但是它由于它再也长大了，它把边上能够长
吸收的东西全全长大了，全吸收了，长不大，那怎么办呢？ 所以我们当时零五年，这是我们那个工作，这个就提出了一个机制
比如说类木行星呢，形成过程中，刚才说，它的局部，不是往里迁移吗？
往里迁移的过程中，跟它俘获的那个地方 跟它里面有一个叫二鼻共振的一个地方，二鼻共振带，现在木星
跟二鼻共振这一端，就小行星带，那个地方，是一个空隙 跟它二鼻共振的那个地方，也跟着往里迁移，但这个地方迁移，一旦扫过
这些胚胎，那么就是这些胚胎，就被束缚在这个共振里面 共振什么意思嘞？就是大家一起振动，共振嘛
一起振动，一起振动的话，本来是圆轨道，它振动起来就偏心就有啦 偏心率就有了，大家本来就相互，大家很固定的一个人一个位置
那你想振动起来，那就两个人位置乒乒乓乓撞起来了对不对？
所以我们的模型可以看到，这里都可以进一步，进一步长大，原来很小的 进一步长大，
最后长到几个三个很大的，当然有的也跑掉，最后三个几个很大的 所以我们这个工作发，05年发表在ABQ
Letters，有点可惜了，后来06年 同样的一个思想，那个人是我们的审稿者，他就拿，拿到了这个Science上
07年同样的思想，又被还有一篇Science，所以，我们这个太可惜了，当时就，直接就 在这个上，ABQ
Letters上发了，可惜了 好，那么就解释了，当时这个super
earth这个形成，我们当时其实两种机制，后来 别人总结了六种机制，大概基本上也就是我们两种机制最有可能，这个是
那么好，类地行星也可以形成，那么行星形成中，最主要的
看来最关键的一个问题，一个机制，有一个过程我们没有了解 或者说很困难的一个问题，就是说，盘如果有盘的时候
它跟胚胎有个相互作用，这个胚胎相互作用有两种后果，这两种后果，无论哪种后果
都是很悲壮，为什么呢？第一种后果叫异形迁移
就是说如果这个胚胎还没有长到一个地球质量的时候啊 它因为嵌在这个盘里啊，它呢整个就沉在这个盘里
这个盘里，盘是个是个延自盘，不是不变的，里面转得快，外面转得慢 对不对？开普勒运动嘛，它是亚开普勒运动
既然这种里面快，外面慢，这种运动，它就是个角动量交换 里面快的角动量，不断地往外转，所以
它里面的角动量转移到这个外面，这个星上，这个星呢又转移到外面角动量 这个是通过一些相互作用，如果说你这个量
转移到，从里面转移到恒星行星上的角动量 正好等于行星转移到外面的角动量，那行星平衡，不动，是不是？
结果数据，估计表明，就是这个数值模拟啊，很多工序表明 它不是这样子的，它里面，这个行星啊
你得到的里面的角动量少，失去的多，那怎么办，它就往里走 它必须往里掉啊，也没有角动量啊，没有角动量就撑不住了
就像你转得很快的一个东西，没有角动量就掉掉到下面去了，对不对？有引力嘛 你这样转转，有角动量，才往外转，没有角动量，它很快就掉下去了。
掉到里面去，这个速度非常得快 0.05个百万年，这是一个很可怕的一个东西，为什么？
就0.05个百万年，我们刚才说了，形成一个核，形成一个地球，要两百个百万年
形成木星那个核，至少也要一百万年，你倒好，还没有形成呢，你就是 嘭一下，子弹一样打到这个这个太阳里面去了
你这个败家子嘛不是，对吧？那怎么还会有会有这个地球呢？那么整个球完蛋了吗？
所以这个这个困难当时是，几年前，非常困扰这个行星形成的一个大的问题，就是异形迁移
当时这个这个就臭名昭著的异形迁移问题，大家都对它恨之入骨，但没办法
因为你做起来的，该怎么样就怎么样，因为做模拟表面，它确实很快一样像子弹一样打进去 那后来呢，人家想到一些解决办法，把它的速度降下来
就一个，当时只模拟的这个盘呢，是一个等温盘。
如果你盘呢 是很多卷卷盘呢，很多物理过程更加复杂一点，还有磁场相互作用啊 那它会一些湍流，所以会把这个速度降下来，降那么一两个量级
要是降了两个量级，对吧，再个五百个百万年，那盘到时候就没有了 它没有这个盘作为罪魁祸首的话，它就不会往里迁了
对不对？所以至少要降两个量级，所以这是一个异形迁移 好，那么即使是躲过了这个异形迁移，那么还有另外一关在等着它
所以说，它可以形成，长大吸收气体，要形成形成木星了 总算成为巨行星了，木星是巨行星嘛，giant
planet对吧？ 总算可以做一下老大了，还，但是呢它还没喘一口气，问题又来了
因为它把边上的气体都清空啦，清空之后它还有个角动量 交换，它角动量转移到它的边缘，边缘边缘的角动量转移到行星
行星又转移到这个边是，边缘，边缘这个又转移到外面角动量 还有一个角动量迁移，这个迁移呢，就是由于粘滞起作用，而不像这个有个力矩作用出来
这个粘滞之间，嵌了一个粘滞盘，就跟盘慢慢地演化，但是盘呢演化总会使
大量的质量往里走，所以往里走，小量的质量往外走，带走大量的角动量
所以，它跟着大量的质量，它也是随大流也往里走了，走啊走啊走，很快走到靠近恒星里面去了 所以这个是好事也是不好事。
好事呢什么，如果说正好在边上停下来 好，正好解释那些靠得很近的那些木星，对吧？我们叫肉末星
那么缺点就是，如果说你这个速度，百万年这个，也在百万年很快的话 那也转到行星里面去了，是不是？当然它有个边界，它如果
盘呢，边界很快清空一个gap，就是因为磁场相互作用，到最后的时候，气体是不是直接
转到这个恒星里面去，而是通过一个磁，在一个同步轨道的地方，通过磁力线往上吸气，-
吸进去的 那个亮点叫主点，所以底像呢，就会会停在那个地方
叫同步轨道，所以同步轨道三点左右那个地方，肉沫星特别的多 所以这，这说明这个迁移过程，还是很有用，嗯，很有意思的
好，那么还是刚才看的这个图，所以呢这，这些呢，解释这个大的
为什么会在这个地方，而它本来应该是在外面很远的地方 所以这也是它迁移过去的，你看这么大的行星，对不对？
