如果我们太阳系里多了一颗超级地球会发生什么？将发生毁灭性影响
艺术家的概念将我们熟悉的地球与被称为55 Cancri e的异常奇怪的行星进行了对比(Image credit: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC))
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（By Sharmila Kuthunur）：如果我们太阳系里多了一颗行星，会发生什么？不是像假想中的行星那样在冥王星九英里之外的边缘，而是正好在火星和木星的中间？
根据模拟超级地球的新研究，这样的世界将对大多数行星的轨道造成严重破坏，超级地球是一个术语，用于描述比地球更大但比气态巨行星更轻的世界，并记录了所有八颗行星的命运。结果显示，比所有其他行星加起来还要大的木星轨道上最微小的变化，都会对其他行星微妙平衡的轨道产生深远而毁灭性的影响。
“这一切就像复杂的时钟齿轮一样工作，”斯蒂芬·凯恩，加州大学河滨分校的天文学家，该研究的唯一作者，在一份声明中说(在新标签中打开)。"把更多的齿轮放入组合中，它就全碎了."
我们的太阳系长期以来被认为是所有行星系统的模板。然而，在过去的25年里，由于缺乏自己的超级地球，它迅速而坚定地成为了一个异类。
美国宇航局的系外行星搜寻任务，如开普勒和凌日系外行星调查卫星(TESS)帮助天文学家认识到，这种行星在银河系中出奇地常见:所有系外行星中有三分之一是超级地球。他们认为我们的太阳系没有超级地球，因为木星在向小行星带迁移并再次返回时抑制了它的形成，在此期间，它向太阳发送了大量物质。因此，他们很难理解在其他太阳系中常见的这样的世界，因为缺乏本地数据，否则这些数据将有助于他们模拟成分和其他属性。
凯恩在一封电子邮件中告诉Space.com，这是系外行星社区“经常感到沮丧的一个原因”。"因此，我的研究旨在回答这个问题:如果你的愿望实现了，会怎么样？"
内侧的四颗行星尤其脆弱
超级地球的质量可能是我们地球的2到10倍，因此Kane模拟了各种质量的行星，并将它们放置在火星和木星之间的主小行星带的多个距离处。他从一个超级地球开始，这个超级地球距离地球和太阳的距离是地球和太阳距离的两倍，即2个天文单位(AU；1.85亿英里或2.97亿公里)，并一直增加到小行星带外缘的距离，为4 AU(3.71亿英里或5.97亿公里)。这导致了数以千计的模拟，每一个都开始于现在，结束于一千万年后。每隔100年，凯恩记录了太阳系八大行星的每一个的后果。
这些结果表明，所有四个内行星——水星、金星、火星和地球——都特别容易受到轨道变化的影响；在许多情况下，部分或全部四颗行星被踢出了太阳系。数千次模拟中没有一次显示木星或土星离开。但在少数情况下，这两个气态巨行星确实抛弃了其他行星，包括新加入的超级地球本身以及天王星，导致其卫星之间的混乱。
凯恩说:“当这颗卫星被送出太阳系时，我不会对它保持在稳定的轨道上抱太大希望。”
当像Gliese 163c这样质量是地球7倍的行星被放置在火星稍远处时，模拟显示所有四颗内行星的轨道都变得不稳定。地球和金星的轨道变得足够偏心或呈蛋形，以至于它们发生了“灾难性的近距离接触”它们轨道的改变释放出的能量转移到了水星上，不久后它就被踢出去了。火星只存活到中场休息，地球和金星在大约800万年后离开了。
插图比较太阳系的行星和太阳在相同的规模。(图中显示了行星之间的相对比例，但它们的距离没有。)(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)
气态巨行星可以坚持自己的立场
与类地行星不同，气态巨行星，尤其是木星和土星，受额外行星的影响不那么严重。它们的轨道仅在平均运动共振(MMR)位置稍有不稳定，在这些特定位置，两颗行星的轨道周期是彼此的简单整数比。(例如，木星轨道比为3:1时，木星每运行一周，一个物体正好绕太阳运行三周。)
因此，当凯恩将同一个类似Gliese 163c的超级地球放置在小行星带外缘3.8天文单位处时，它最终与木星的比例为8:5，与土星的比例为4:1。结果，两个气体巨星的轨道都变得更加蛋形，以至于它们先移除了超级地球，后移除了天王星。凯恩的研究发现，在这种情况下，即使外太阳系最轻微的变化也会严重影响内行星；例如，火星在天王星几百万年后被抛出。
凯恩在一封电子邮件中告诉Space.com:“在这项研究中，最让我惊讶的是整个太阳系架构对木星共振的敏感性。”。
根据这项研究，如果超级地球被放置在靠近小行星带末端的3au(2.78亿英里或4.47亿公里)附近，那么超级地球的加入是最不混乱的。凯恩认为，在这里，它与大行星的相互作用最小，对太阳系的破坏也很小。
艺术家对开普勒-62f的概念，这是一颗超级地球大小的行星，绕着一颗比太阳更小更冷的恒星运行，距离地球约1200光年。 (Image credit: NASA Ames/JPL-Caltech/Tim Pyle))
在这种情况下，“需要进一步探索的一个主要空白是太阳系在更长时间尺度上的稳定性(比如说，10亿年)，”佛罗里达州理工学院的天文学家马纳斯维·林加姆(Manasvi Lingam)在一封电子邮件中告诉Space.com，他没有参与这项研究。
总的来说，这项研究表明“木星对太阳系的动力学是多么重要，”凯恩告诉Space.com，“即使相对较小的变化也能对我们系统的稳定性产生巨大的影响。”
超级地球在大多数太阳系中可能很常见，因为像木星这样的巨型行星很少见:只有10%的类太阳恒星拥有像我们这样距离太阳很远的巨型行星，对于更老的恒星，这个数字会进一步下降。
凯恩说，研究人员经常猜测我们的太阳系是否可以在火星和木星之间安全地容纳另一颗行星，答案似乎是响亮的“不”
凯恩在推特上写道:“如果你是一个系外行星人，发现瓶子里有一个精灵，请不要希望太阳系有一个超级地球。”"你可能会不小心动摇太阳系！"
这项研究发表在2月28日的《行星科学杂志》上。
