在浩瀚的宇宙中，有些行星类型在太阳系里完全缺席，却广泛存在于银河系其他恒星周围，比如“超级地球”和“迷你海王星”，这是天文学界最令人困惑的谜题之一。这个谜团最近被我国科学家解开，相关成果于6月12日发表于国际知名学术期刊《科学》。
成果艺术想象图（图片来源：中国科学院国际合作局）
解开这个谜团的是南京大学谢基伟教授团队。他们联合国内外科研人员，基于国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）观测的大样本数据，结合国外其他卫星和望远镜观测数据，发现“超级地球”与“迷你海王星”在轨道偏心率与周期关系上遵循截然相反的规律，并从动力学上揭示了这两类相近的行星族群经历了不同的演化路径。这项成果加深了科学界对行星系统多样性的认识，也为人类完整认知系外行星的形成与演化拼出了更清晰的全景。
太阳系中的行星呈现鲜明的“内小外大”分布格局，缺少介于地球与海王星之间的中等尺寸行星。然而，在目前已观测到的数千颗系外行星里，这类天体却是宇宙中的主流。根据结构特征，它们通常被分为体积略大于地球、主要由岩石和铁构成的“超级地球”，以及体积更大、拥有厚厚气体包层的“迷你海王星”。
过去，科学界常将这两类行星混为一谈，导致许多演化规律被模糊甚至掩盖。此次，团队创新性地运用“凌星持续时间比”统计法，成功反演行星族群平均轨道偏心率，发现这两类行星的轨道规律截然相反。
“超级地球”与“迷你海王星”不同的动力学演化历史。
研究显示，“迷你海王星”的公转周期越短，轨道偏心率反而越高，即轨道形状越“扁”。这一现象与经典潮汐圆化理论预测相反。研究人员认为，其演化主要受到“角动量赤字均分”机制影响，使偏心率由外向内逐渐传递并增大。
相比之下，“超级地球”的轨道规律则符合经典理论预期。公转周期越短，其轨道越趋近正圆。一方面，短周期“超级地球”的岩质结构受恒星潮汐作用强烈，轨道被快速拉圆；另一方面，轨道周期更长的“超级地球”在经历相互散射后会被激发到更高偏心率。
论文共同第一作者、南京大学博士研究生辛科霆形象地比喻，“超级地球”像是历经巨大撞击和行星散射等“暴力事件”后的幸存者，而“迷你海王星”则更像长期生活在温和轨道环境中的“原住民”。
谢基伟进一步指出，这一发现揭示了行星尺寸不只是其物质构成的标识，更是其动力学演化命运的预言者。“超级地球”和“迷你海王星”看似相似，实则“性格”迥异，它们的轨道演化史是理解行星系统形成与演化的关键拼图。
该成果也展现出郭守敬望远镜在大样本恒星观测领域的突出能力。结合盖亚卫星的天体测量数据，郭守敬望远镜为系外行星宿主恒星提供了高精度的质量、半径、年龄、金属丰度等信息，为系统研究不同类型行星的轨道偏心率提供重要支撑。
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