刘尚飞

刘尚飞

主要研究方向:系外行星系统和太阳系的形成和演化、原行星盘的演化以及天体物理中的数值模拟方法

Email: liushangfei[at]mail.sysu.edu.cn

通讯地址:中国广东省珠海市香洲区唐家湾大学路2号 中山大学物理与天文学院 海滨红楼18楼212室 邮编:519082

个人简介: 

刘尚飞,男, 2006年毕业于安徽大学,获理学学士学位;2013年毕业于北京大学物理学院天文系,获理学博士学位;先后在美国加州大学圣克鲁兹分校(2013 – 2015)和美国莱斯大学(2015 – 2018)进行博士后研究;2018年通过中山大学百人计划引进回国。

我主要使用大规模计算机数值模拟的方法研究天体物理中的动力学过程,尤其是与太阳系和系外行星系统的诞生和演化相关的热点问题。近期主要的工作和研究方向是:

(1)   行星形成与太阳系早期的动力学过程:美国宇航局发射的“朱诺号”木星探测器的数据揭示了木星核是一块大小超过自身半径40%的巨大低密度区域(即重元素与较轻的氢和氦发生了混合的稀释核)。这一发现与行星形成核吸积理论预言的木星有一个由重元素组成的小而致密的核产生了严重的冲突。为了解决这一矛盾,我们提出了木星形成的新理论:木星在失控吸积形成气体包层的过程中质量迅速增长,对附近其他行星胚胎造成强烈引力扰动导致其遭受到行星的撞击,其结果是原初的密核被稀释。通过引力N体模拟和三维流体力学模拟,我们证实了太阳系早期巨行星形成阶段行星发生碰撞的普遍性,以及大质量的行星正碰导致了木星稀释核的形成。长期热演化模型表明碰撞形成的稀释核结构可以稳定存在超过46亿年。这项工作发表在Nature上,并被Science网络版同步报道,同时被国内外超过一百家新闻媒体采访报道。

(2)   原行星盘:通过亚毫米波射电望远镜阵列ALMA对原行星盘HD 163296的观测,我们首次在气体盘和尘埃盘中均发现了环状结构,揭示了原行星盘中正在形成的年轻气体行星,并通过数值模拟确定了行星的质量和原行星盘的物理性质。

(3)   超级地球的质量-半径关系:目前对系外行星的观测发现大小介于地球和海王星之间的超级地球含有的气体部分质量差异巨大。我们认为这些超级地球在形成时都从原行星盘中吸积了较多的气体成分,在进行轨道迁移过程中经过了不同的星子碰撞历史因而原初气体质量的损失也各异。由于这是随机过程,因此超级地球的质量-半径关系具有一定的弥散。这一新观点被普遍接受,并得到了很多观测证据支持。

此外,我与加拿大多伦多大学的研究人员合作编写了被广泛应用的开源N体程序REBOUND。

研究领域: 

系外行星系统和太阳系的形成和演化、原行星盘的演化以及天体物理中的数值模拟方法

教育背景: 

2002.09 – 2006.07   安徽大学,应用物理专业,理学学士

2008.09 – 2013.07   北京大学,天体物理专业,理学博士

职业经历: 

2013.09 – 2015.11     加州大学圣克鲁兹分校地球与行星科学系,博士后

2015.11 – 2016.11     洛斯阿拉莫斯国家实验室,访问学者

2015.11 – 2018.05     莱斯大学物理与天文系,博士后

2018.11至今               中山大学物理与天文学院 百人计划副教授,硕士生导师

出版专(译)著: 

Imaging Planetary Systems in the Act of Forming with the ngVLA, chapter in Science with a Next Generation Very Large Array, Luca Ricci, Andrea Isella, Shang-Fei Liu & Hui Li, 2018/12, ASP Conference Series, Vol. 517. ASP Monograph 7. Edited by Eric Murphy., p.147

代表性论文: 

1.    The formation of Jupiter’s diluted core by a giant impact

Shang-Fei Liu, Yasunori Hori, Simon Müller, Xiaochen Zheng, Ravit Helled, Doug Lin, & Andrea Isella, Nature, 572, 355-357 (2019)

2.    New constraints on turbulence and embedded planet mass in the HD 163296 disk from planet-disk hydrodynamic simulations

S.-F. Liu, S. Jin, S. Li, A. Isella, & H. Li, The Astrophysical Journal, 857, 87 (2018).

3.    Investigating the Early Evolution of Planetary Systems with ALMA and the Next Generation Very Large Array

L. Ricci, S.-F. Liu, A. Isella, H. Li, The Astrophysical Journal, 853, 110 (2018)

4.    Ringed Structures of the HD 163296 Protoplanetary Disk Revealed by ALMA

A. Isella, G. Guidi, L. Testi, S. Liu et al., Physical Review Letters, 117, 251101 (2016)

5.    Giant impacts: an efficient mechanism for the devolatilization of super-Earths

Shang-Fei Liu, Yasunori Hori, D.N.C. Lin, & Erik Asphaug, The Astrophysical Journal, 812, 164 (2015)

6.    Embryo impacts and gas giant mergers II: Diversity of Hot Jupiter’s internal structure

Shang-Fei Liu, C. Agnor, D. N. C. Lin, & Shu-Lin Li, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 446, 1685 (2015)

7.    On the Survivability and Metamorphism of Tidally Disrupted Giant Planets: The Role of Dense Cores

Shang-Fei Liu, James Guillochon, Doug Lin, & Enrico Ramirez-Ruiz, The Astrophysical Journal, 762, 37 (2013)

8.    REBOUND: an open-source multi-purpose N-body code for collisional dynamics

Hanno Rein & Shang-Fei Liu, Astronomy & Astrophysics, 537, 128 (2012)