宇宙行星的惊人多样性:只有小古怪没有大不同(2)

2015年05月25日08:14   新浪科技 微博    收藏本文     

  折腾的木星

  当气体云坍缩成一个高密度球体时,行星几乎是跟着恒星诞生的,前后脚的关系。残余的气体和尘埃围绕着恒星旋转,逐渐蜕变成一个披萨式的圆盘。圆盘中的物质又渐渐聚集在一起创造出一个新世界。

曾经很可能靠近过太阳的木星(Detlev van Ravenswaay/SPL)曾经很可能靠近过太阳的木星(Detlev van Ravenswaay/SPL)

  过去天文学家认为行星诞生的地方就是它们现在所处的位置。炙热的恒星附近,一些以发挥的化合物如冰和气体都不会存在太久。留下来都是岩石或者金属,所以太阳附近存活下来的是岩石类的行星。远离恒星的地方气体和碎冰才能得以保存,最终汇形成我们今天所见到的气体行星。

  不过,天文学家后来也发现了靠近恒星的气体行星。此时天文学家才意识到这些气体恒星很可能是在形成之后再慢慢靠近恒星的。行星迁移可能很普遍,太阳系里的气体行星可能都有这样折腾过。

土星的形成拽住了木星(NASA)土星的形成拽住了木星(NASA)

  “过去,我们认为这些气体行星个头太大,从未移动过,是我们的锚定点。”美国科罗拉多博尔德西南研究所(Southwest Research Institute)的行星科学家Kevin Walsh解释道,在之前的行星形成理论中,科学家假设气体行星总是固定在一个点上。现在,没有什么锚定点了。”

  在太阳系形成的早期,木星也曾经移动过。这一过程被称为“大策略模型”(Grand Tack Model),木星走的不是直线,而是类似于帆船在海面上行驶的“之”字形路线。在这个假设场景中,木星形成的位置距离太阳要比现在的近,大约三个天文单位(一个天文单位等于地球到太阳之间的平均距离,简称“1AU”)左右。那时的太阳还是几百万岁的婴儿,在不停地充气。

  当木星绕着太阳转动时,木星轨道外围的气体不断的将木星推向太阳系内部,这个过程被土星的形成打断了。土星形成于木星的外围,它阻断了把木星推向太阳的气体。此时,木星距离太阳的距离已经缩短了一半。另一股力量占了主导,木星与其轨道内部的气体之间的互动力又把木星往后拖,木星才得以脱险,安享在距离太阳5.2个天文单位的地方

  “大策略模型”理论解释了太阳系中很多不能解释的特征,这让行星学家们很兴奋。木星这个一来一回的路线清除了路上的气体障碍,天文学家据此设想这一过程对火星的形成至关重要。之前的理论框架中推算出的火星体积过大,与现实不符。而“大策略模型”下的火星大小刚刚好。

听说很像地球又不像地球的“超级地球”(Lynette Cook/SPL)听说很像地球又不像地球的“超级地球”(Lynette Cook/SPL)

  “大策略”中推测出的小行星在带质量、轨道以及构成物质上,都接近于我们今天所看到的小行星带。“大策略”只能描述木星是如何到达现在一个相对较远的位置上的,解释不了为什么木星是太阳系里形成的第一颗行星。

  Laughlin承认“大策略理论”听上去太复杂,有点疯狂。“事实上,你不得不去怀疑它的可能性。从过去到现在,我一直在怀疑。”但是考虑到到目前为止,也只有“大策略”理论是比较成功的,Laughlin和另一个来自美国加州帕萨迪纳研究所理论学家Konstantin Batygin,决定继续沿用“大策略”模型进行深入研究。“先把怀疑放一边,看看大策略能给我们带来什么样的结果。”

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文章关键词: 行星太阳系恒星气体

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