在太阳系外，天文学家发现了数千颗系外行星，尺寸介于地球与海王星之间，被称为“超级地球”和“迷你海王星”。基于中国科学院国家天文台负责运行的国家重大科技基础设施——郭守敬望远镜获取的大样本数据，以及欧洲盖亚（Gaia）卫星、开普勒太空望远镜的观测数据，南京大学教授谢基伟联合国内外科研人员，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。6月12日，相关研究成果在《科学》杂志发表。

系外行星的尺寸分布存在一个“半径谷”，它将半径介于地球与海王星之间的系外行星分为两类，一类是体积略大于地球、主要由岩石和铁构成的“超级地球”；另一类是体积更大、拥有厚厚气体包层的“迷你海王星”。

一个关键问题始终悬而未决：这两类行星除了成分不同，它们的动力学演化过程是否也存在本质差异？长期以来，研究者往往将它们视为一个单一群体进行统计，导致许多演化规律被模糊甚至掩盖。

行星的轨道偏心率（即轨道偏离正圆的程度），是反映行星动力学历史的“化石记录”，但测量起来十分困难。谢基伟带领团队，对大量数据进行了创新分析，采用了统计样本的“凌星持续时间比”分布来反演系外行星族群平均偏心率的方法。郭守敬望远镜和盖亚卫星的数据，提供了高精度的质量、半径、年龄、金属丰度等参数，并剔除了恒星属性对统计结果的干扰。

研究团队将“超级地球”和“迷你海王星”分别作为独立族群进行分析，结果令人惊讶。“迷你海王星”的轨道偏心率随公转周期变短而显著增加，这与经典理论相悖；“超级地球”则呈现出相反的规律，与经典的潮汐圆化和引力散射理论相符。

这意味着，“超级地球”像系外行星系统中的“幸存者”，它们可能曾经历剧烈的行星散射、巨大撞击等“暴力事件”，导致轨道被随机激发至较高的偏心率，随后又被潮汐作用快速圆化；“迷你海王星”则是生活在“宁静区”的住户，受温和的长期轨道演化主导，在“角动量赤字均分”机制的作用下，偏心率由外向内缓慢传递，很少经历剧烈的动力学事件。

“‘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，是我们理解行星系统形成与演化的关键拼图。”谢基伟表示，此次研究首次从动力学角度证实了“超级地球”与“迷你海王星”是两类演化上独立的群体，加深了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。

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