這項重大突破性的天文發現研究，由南京大學謝基偉教授團隊聯合中外合作者共同完成，相關論文北京時間當天凌晨在國際學術期刊《科學》(Science)上線發表。該成果加深了學界對行星系統多樣性的認識，也為人類完整認知系外行星的形成與演化拼出更清晰的全景。

　　宇宙“詩人”系列重要發現

　　研究團隊介紹說，太陽系的行星分布呈現出鮮明的“內小外大”格局：內部是4顆巖石行星(水星、金星、地球、火星)，外部是4顆氣態與冰巨行星(木星、土星、天王星、海王星)。然而，自2009年開普勒太空望遠鏡升空以來，天文學家在太陽系外發現了數千顆行星，其中絕大多數半徑介于地球與海王星之間，即“超級地球”“迷你海王星”兩類。

　　其中一個關鍵問題始終懸而未決：這兩類行星除了成分不同，它們的動力學演化過程是否也存在本質差異？長期以來，研究者往往將它們視為一個單一群體進行統計，導致許多演化規律被模糊甚至掩蓋。

　　行星的軌道偏心率(即軌道偏離正圓的程度)是反映其動力學歷史的“化石記錄”，但測量系外行星的軌道偏心率極為困難。在本項研究中，研究團隊創新采用統計樣本的“凌星持續時間比”分布來反演系外行星族群平均偏心率的方法，在此過程中，郭守敬望遠鏡和蓋亞衛星的數據發揮出關鍵作用。

　　研究團隊指出，作為“行星軌道偏心率趨勢”(英文縮寫POET，中文意為“詩人”)系列研究的成果之一，本項研究將“超級地球”和“迷你海王星”分別作為獨立族群進行分析。

　　結果顯示，“迷你海王星”的軌道偏心率隨著公轉周期變短而顯著增加，意味著周期越短，軌道越“扁”，這恰恰與潮汐圓化理論相悖；“超級地球”則呈現出相反的規律：周期越短，偏心率越低，這符合經典的潮汐圓化和引力散射理論。

　　“暴力”與“寧靜”的演化史

　　研究團隊進一步通過理論模型分析發現，“超級地球”和“迷你海王星”經歷了完全不同的動力學演化路徑。

　　論文共同第一作者、南京大學博士研究生辛科霆形象解釋稱，“超級地球”就像是系外行星系統中的“幸存者”，它們可能曾經歷劇烈的行星散射、巨大撞擊等“暴力事件”，導致軌道被隨機激發至較高的偏心率，隨后又被潮汐作用快速圓化。而“迷你海王星”則像是生活在“寧靜區”的“居民”，它們受溫和的長期軌道演化主導，其偏心率由外向內緩慢傳遞，很少經歷劇烈的動力學事件。

　　在論文通訊作者謝基偉看來，這一發現揭示行星尺寸不僅是成分的標簽，更是其動力學命運的預言者。“超級地球”和“迷你海王星”看似相似，實則“性格”迥異，它們的軌道演化史是理解行星系統形成與演化的關鍵拼圖。

　　將拓展到更多行星族群

　　謝基偉表示，本研究的創新之處，在于打破以往將小尺寸行星“一鍋端”的統計方法，首次從動力學角度證實“超級地球”與“迷你海王星”是兩類演化上獨立的群體。這一結論為系外行星形成理論提供重要的觀測約束：未來的理論模型必須能夠同時解釋兩類系外行星迥異的軌道周期-偏心率關系。

　　該研究也充分彰顯中國大科學裝置郭守敬望遠鏡在大樣本恒星參數測量方面的獨特優勢，結合蓋亞衛星的天體測量數據，郭守敬望遠鏡可為系外行星宿主恒星提供高精度的質量、半徑、年齡、金屬豐度等信息，使得對各種行星族群的軌道偏心率開展系統性研究成為可能。正是這些高精度恒星參數，為“凌星持續時間比”方法測量偏心率和剔除恒星屬性影響提供了重要支撐。

　　“詩人”系列研究的目標是構建行星軌道偏心率與周期、質量、年齡等參數的完整演化圖譜，“未來我們將繼續拓展到更多行星族群，最終為回答‘地球和太陽系在宇宙中是否特殊’這一終極問題提供科學依據。”謝基偉說。(完)