在广阔的宇宙中，存在一些在我们太阳系内未曾发现的行星类型，却在银河系其他恒星周围普遍存在——例如“超级地球”和“迷你海王星”。它们为何如此常见？这一直是天文学领域一个令人困惑的未解之谜。如今，这个谜题终于被中国科学家破解。北京时间6月12日，国际顶尖学术期刊《科学》在线发表了南京大学谢基伟教授领衔的研究团队取得的这一突破性成果。

成果艺术想象图（图片来源：中国科学院国际合作局）

谢基伟教授团队联合国内外合作者，依托国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜（LAMOST）所积累的大规模观测样本，并综合了包括国外卫星数据在内的多源观测资料，揭示了一个关键规律：“超级地球”与“迷你海王星”在轨道偏心率与公转周期的关联性上，呈现出截然不同的演化趋势。从动力学视角看，这两类外观尺寸相近的系外行星群体，实际上经历了完全不同的形成与演化历史。这一重要发现不仅深化了我们对系外行星系统多样性的认知，更为完整构建行星形成与演化理论拼图提供了关键证据。

首先了解相关背景。我们所在的太阳系，行星分布呈现“内小外大”的规律，中间缺乏介于地球和海王星尺寸之间的过渡类型行星。然而，在人类迄今已发现的数千颗系外行星中，这种中等尺寸的行星反而是数量最多的主流群体。依据其内部结构与组成，天文学家将它们主要分为两类：一类是体积比地球稍大、主要由岩石和金属构成的“超级地球”；另一类是体积更大、拥有浓厚氢氦大气包裹的“迷你海王星”。

以往的研究常常将这两类行星合并分析，导致许多关键的演化规律被模糊甚至掩盖。本次研究中，团队创新性地采用了一种名为“凌星持续时间比”的统计分析方法，成功推导出不同行星群体的平均轨道偏心率分布。结果清晰表明，“超级地球”和“迷你海王星”的轨道动力学特征存在本质差异。

“超级地球”与“迷你海王星”不同的动力学演化历史。

具体而言，研究发现：“迷你海王星”表现出公转周期越短，其轨道偏心率反而越高的反常趋势，这意味着其轨道形状更加扁平。这与经典的潮汐轨道圆化理论预测恰恰相反。研究团队分析认为，这很可能是因为“迷你海王星”的演化受到“角动量赤字均分”机制的支配，轨道偏心率从系统外部向内逐渐传递并增强。

与此形成鲜明对比的是，“超级地球”的轨道规律则符合经典理论的预期：公转周期越短，轨道越接近完美的圆形。这主要有两方面原因：其一，距离母恒星较近的短周期“超级地球”因其固态岩质结构，受到恒星强烈的潮汐力作用，轨道得以迅速被拉圆；其二，那些公转周期较长的“超级地球”，在经历行星间相互的引力散射之后，其轨道偏心率会被显著激发抬高。

该论文的共同第一作者、南京大学博士研究生辛科霆对此做了一个生动的比喻：“超级地球”如同在经历剧烈撞击和行星散射等“暴力事件”后幸存下来的“硬汉”，而“迷你海王星”则更像长期处于温和轨道环境中安稳生长的“原住民”。

谢基伟教授强调，这项发现揭示了行星的尺寸不仅仅是其物质组成的标签，更是预示其动力学演化命运的标识。“超级地球”和“迷你海王星”尽管外观尺寸相似，但“内在性格”迥异，它们截然不同的轨道演化历史，是理解整个行星系统形成与晚期演化的核心拼图。

需要特别指出的是，此项重大成果也再次印证了郭守敬望远镜在大样本恒星光谱巡天领域的强大能力。结合欧空局盖亚卫星的高精度天体测量数据，郭守敬望远镜为这些系外行星的宿主恒星提供了精确的质量、半径、年龄及金属丰度等关键参数，为系统研究不同类型系外行星的轨道偏心率分布规律奠定了坚实的数据基础。