科维理所东苏勃应邀在ARA&A发表系外行星统计研究的述评

　　

近期，国际天文界最具影响力的综述期刊Annual Review of Astronomy and Astrophysics（《天文学和天体物理学年评》，简称ARA&A）特别邀请北京大学科维理天文与天体物理研究所东苏勃研究员撰写述评文章，对太阳系外行星统计这一研究领域进行系统总结和展望。这篇题为《系外行星统计及其理论意义》（Exoplanet Statistics and Theoretical Implications）的文章于2021年9月8日正式发表。毕业于北京大学天文学系、现任清华大学天文系助理教授的祝伟为第一作者，东苏勃为通讯作者。

行星系统是如何形成和演化的？这是天文学中最古老、最基本的问题之一，对它的探索本质上也是在追溯我们自身的起源。长久以来，人类所知的行星系统只有太阳系这个“孤本”，这极大限制了对该问题的研究。自1995年发现绕类太阳恒星的第一颗系外行星（获2019年诺贝尔物理学奖）以来，已知系外行星的数量呈爆发式增长，促进了该领域的飞速发展，并使之成为目前天文学最活跃的前沿方向之一。系外行星研究一个非常出人意料的结果是，已发现的行星系统大多与太阳系行星的性质和轨道分布迥异，并呈现出惊人的多样性。这些发现极大地挑战了传统的行星形成理论，同时也给回答行星系统的起源问题带来了前所未有的机遇。近十年来，美国宇航局（NASA）的开普勒卫星用凌星法（行星掩食恒星）搜寻到了数千颗系外行星，为相关领域的研究带来了一场革命。这些海量发现引领了系外行星前沿研究的一个重大趋势，即利用大样本观测数据系统地研究行星及其宿主恒星分布的统计性质，继而深入理解行星形成和演化的物理机制和环境。

《系外行星统计及其理论意义》这篇综述文章评述了近年来行星统计研究方面的重要进展。重点讨论了轨道半径较短（短于日地距离）的行星的分布情况，这是开普勒卫星的主要探测区间（见上图）。虽然开普勒卫星发现的行星为研究统计分布提供了极佳的样本来源，但是其原始数据存在着重大的局限，即缺乏目标恒星的精确参数。近年来，人们进行了大量的工作来系统地刻画开普勒行星样本，从而充分实现其统计研究上的潜力。其中，国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)的光谱巡天获得了开普勒目标恒星的最大光谱参数样本，为研究完备的开普勒行星样本作出了关键贡献。对开普勒行星完备样本的统计研究极大加深了人们对系外行星的理解，包括行星数目以及轨道分布。银河系中比地球大、轨道半径在日地距离之内的行星的总数与恒星相当，而每个行星系统中平均有约三颗这样的行星。这表明行星形成的效率比传统的基于太阳系发展而来的行星形成模型的预期要高得多。另外，行星轨道形状的分布显示与系统中行星数量的多少有关：行星数多的系统类似太阳系，即行星的轨道接近圆形且几乎处于同一个平面上，而行星数少的系统里行星则具有高椭率、高倾角的轨道。这表明行星间引力相互作用导致的动力学演化在塑造行星轨道构型上起了重要作用。综述文章还讨论并总结了视向速度法和微引力透镜法对轨道半径较长行星的研究结果，以及微引力透镜法发现的流浪行星族群的观测和理论意义。文章全面梳理了系外行星领域的统计结果，并探讨了其对行星系统形成和演化的理论意义。最后，文章展望了该领域未来有望取得突破的研究方向。

ARA&A由Annual Reviews出版社出版，每年一卷，发表十余篇特邀述评文章。Annual Reviews系列涵盖多学科，旨在为各领域最前沿的进展提供高度权威性的专业述评，并给科研提供方向性指导，被国际科学界公认为基本参考文献。ARA&A长期以来是天文和天体物理领域中最具影响力的专业期刊，影响因子在60余种天文和天体物理类期刊中排名第一（2020年影响因子为30.065）。

该工作获得了国家重点研发计划大科学装置前沿研究重点专项“基于 LAMOST 巡天的系外行星系统研究及观测搜寻 ”（2019YFA0405100 ）等项目的支持。