為什麼太陽系各行星的公轉不在同一平面?

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 06 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly

利用智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA),日本天文學者首度觀測到一顆原恆星(protostar)周圍有扭曲盤面。這顆編號為 IRAS04368+2557 的原恆星年齡僅幾十萬歲,相當於人類的嬰兒期。這項研究結果顯示,包含太陽系在內許多行星系統中,行星軌道並不在同一平面,可能就是因為整個系統形成時,行星就在已扭曲的盤面形成的結果。



太陽系的行星繞太陽公轉的軌道面,與太陽赤道面差異最大約 7 度。天文學家很久之前就已知許多系外行星系統的行星公轉面也不在同一平面,或說不在母恆星的赤道面。其中一種解釋認為,可能是因為被行星系統其他天體撞擊,或是有恆星經過這個行星系統附近,而使一些行星公轉軌道面受影響,從原本應該都在同一平面,逐漸變得稍微傾斜。

除了上述解釋,還有一種說法是,行星形成前,原恆星周圍從星雲逐漸收縮的原行星盤(protoplanetary disk)原本就不平整,自然使從中誕生的行星也不會在同一平面。近來拍攝的原行星盤影像,就呈現這種原行星盤的扭曲景象。但天文學家仍不清楚這種扭曲現象到底發生在行星形成多早的時期。

日本國立理化學研究所(RIKEN)星團前沿研究(Cluster for Pioneering Research,CPR)和千葉大學(Chiba University)天文學家 Nami Sakai 等人組成的團隊,利用 ALMA 觀測原恆星 IRAS04368+2557。IRAS04368+2557 是顆還埋在暗星雲 L1527 中的初期原行星,但 ALMA 觀測結果顯示,它的原行星盤由兩部分組成,內側部分和外側不在同一平面轉動。這個原行星盤非常年輕,仍在持續成長。L1527 離金牛座分子雲(Taurus Molecular Cloud)僅約 450 光年遠,當初就是因為它的原行星盤恰好幾乎側對地球,引起天文學家的注意,開始研究它的原行星盤。而 ALMA 的 L1527 觀測結果顯示,幾乎從行星形成的最早階段,就有原行星盤的扭曲現象,因此 Sakai 等人不禁懷疑這是否是普遍現象,不過這猜測得觀測研究過更多類似的系統後才能得到定論。

既然已確定原行星盤扭曲是行星公轉面不在同一平面的原因,那麼問題來了:是什麼原因造成原行星盤扭曲呢?Sakai 等人認為,其中一種可能是因為這個階段的原恆星雲仍有氣體塵埃流持續流動,致使原行星盤彎曲。第二種可能是原恆星的磁場與原行星盤自轉軸不同平面,致使內側盤面被磁場拉扯到不同平面。Sakai 等人將繼續觀測,以便確認致使盤面扭曲的主要原因到底是哪一個。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為藝術家想像的原行星周圍扭曲的原行星盤;來源:RIKEN

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