【导读】
「八大行星的诞生有了新说法。 」
由 ALMA 望远镜拍摄的新生恒星系统,以具有环、弧、丝和螺旋的行星盘,可能会让人们重新了解行星的诞生过程。
太阳,这颗中年恒星可能比大多数恒星更加平静。比起羽翼丰满的行星,水星更多的是烧焦的内核,可能在很久以前的一次创伤性碰撞中失去了它的外层。接下来是金星和地球,在某些方面二者很像,奇怪的是只有一个能孕育生命。
火星周围有一个亮眼的环,然后突然间出现了木星,它是如此之大,几乎是一个半成熟的太阳,包含了恒星创造过程中遗留下来的绝大多数物质。再往前是另外三个由气体和冰组成的巨大行星: 土星、天王星和海王星,这几颗气态巨行星与岩态行星几乎没有任何共同之处,尽管它们形成的时间大致相同,来自同一颗恒星周围的物质。
太阳系的八大行星带来了一个难题: 为什么会是这样的排列?
现在看看远处的太阳。大多数恒星都有自己的行星。天 学家已经发现了数以千计的这种遥远的恒星和行星系统。但奇怪的是,到目前为止,他们还没有发现任何与我们相似的东西。为什么会这样?
不断膨胀的太阳系外行星,以及对遥远初期行星的观测,甚至太阳系的新数据,都不再符合行星形成的经典理论。行星科学家们被迫放弃了几十年前的模型。现在他们意识到,可能不存在创造世界的大统一理论ーー没有一个单一的故事可以解释每颗恒星周围的行星,甚至解释围绕太阳运行的各种各样的轨道。
莫比德利(天 学家)是法国尼斯蔚蓝海岸天 台的一名天 学家,他发现了有关行星形成和迁移的有影响力的理论。
一颗恒星及其追随者的诞生
近300年来,天 学家已经了解了太阳系起源的基本轮廓。比如,地球来自弥漫的气体和尘埃云。45亿年前,可能是被一颗经过的恒星或者超新星的冲击波推动,云层在自身引力的作用下坍缩,形成了一颗新的恒星。
太阳被点燃,多余的气体就围绕着它旋转。最终,行星在那里形成。解释这一现象的经典模型被称为“最小质量太阳星云”,它设想了一个基本的“原行星盘”,里面充满了刚好足够的氢、氦和较重的元素,构成观测到的行星和小行星带。
慕尼黑大学的天体物理学家乔安娜博士说: “这个模型只是在某种程度上假设了太阳盘中充满了星子,并没有考虑任何更小的物体ーー没有灰尘,没有鹅卵石。”于是,她用计算机模拟了由环绕年轻恒星的尘埃颗粒形成的小行星和行星。
天 学家地推断,星子之所以出现,是因为气体推动的尘埃颗粒会漂移成堆,就像风雕刻沙丘一样。经典模型中的星子随机分布在整个太阳星云中,其大小的统计分布遵循物理学家所说的幂律,也就是说小星子比大星子多,但事实并非如此。
天 学家之前把行星周围圆盘想象成光滑的光晕,当它们向外延伸,远离恒星时,光晕变得更加分散。但是 ALMA 展示了带有深黑色间隙的圆盘,如土星环; 其他带有弧形和丝状的圆盘; 还有一些包含螺旋,如微型星系, ALMA 彻底改变了原来的看法。
毫米/次毫米波阵列望远镜(ALMA)观测到遥远的行星群
累积、迁移、反弹,谁塑造了今天的太阳系?
ALMA 推翻了行星形成的经典模型。观测结果表明,尘埃不是通过圆盘平滑地散布开来,而是在特定的地方聚集起来,那里是形成最早的行星胚胎的地方。这些「聚集」抑制了尘埃落向恒星的速度并使其堆积起来。
ALMA还能显示尘埃喜欢在哪里聚集。围绕幼年太阳的气体会在1000万年内消散,这意味着木星必须在这段时间内抓紧收集大部分气体,同时尘埃一定是在太阳被点燃后不久就形成了木星的核心。
自2000年以来,天 学家们就发现了这个问题: 湍流、气体压力、热量、磁场和其他因素会阻止尘埃沿着整齐的轨道绕太阳运行,或者阻止尘埃漂移到大堆中。
随着原始尘埃越来越大,密度越来越大,最终它们在自身引力的作用下塌缩成为致密的物体。这个想法就是从颗粒到行星的经典模型,这种机制可以形成直径约100公里的小行星,但是难以解释木星这样更大的行星的形成。后来,天 学家提出了鹅卵石吸积(类似滚雪球)的想法。
尽管卵石吸积非常有效,能解释很多行星的形成,但它似乎并不是制造行星的唯一方法。
比如尼斯模型,认为太阳系内巨行星最初非常接近太阳,但是一次行星迁移使它们位于当前的轨道位置。
最近,天 学家又提出了一个新模型,从根本上改变了尼斯模型迁移的时机,在今年4月发表于《自然》杂志上的一篇论 中,他认为,气体流动动力学可能导致这些巨型行星在形成仅几百万年后就开始迁移——比最初的尼斯模型早了100倍。
反弹机制的发现者,密歇根州立大学的行星科学家赛斯
在新模型中,行星会“反弹”。当太阳加热盘中的气体并将其吹走时,行星先进后退。这种反弹之所以会发生,是因为当一个巨大的婴儿行星被气体加热时,它会受到向内的拉力,新行星逐渐靠近恒星,但是在气体开始蒸发之后,行星的另一侧还残留着更多的气体,因此行星又被拉了回来,形成现在的格局。
对行星系统的研究,将帮助人们进一步探索生命的起源,这会是一个漫长的过程。
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