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神秘的太阳系是怎样形成的

2016-10-27 13:50 编辑:海涛 来源:网络整理 次阅读

       46亿年前,银河系中某个不起眼的地方正在孕育着什么。星系中弥漫的氢和氦以及固体尘埃开始凝聚并且形成分子。由于无法承载自身的质量,这一新形成的分子云便开始了坍缩。在不断加热和混合的过程中,一颗恒星诞生了。它就是我们的太阳。
        目前我们还不确切知道到底是什么触发了这一过程。也许这一切都源自于近邻恒星爆炸死亡时所产生的激波。而类似的恒星死亡也不是非常罕见的事件。自从130亿年前银河系形成以来,类似的事情已经发生了无数次。而通过望远镜我们可以看到这些事件仍然在继续发生着。但是作为恒星来讲,太阳实在是没有什么特殊的。
        然而,据我们所知太阳却是唯一的。从诞生太阳的薄盘中形成了八颗行星,一开始这些行星之间没有什么显著的“差异”。最终在太阳旁的第三颗行星上出现了生命,而这些生命也开始探索他们所在的太阳系。

        如果你看一眼太阳系的行星,你也许会认为这些行星不是太阳“亲生”的,而是被太阳“领养”的。可这些行星却是如假包换的“血亲”,都是从坍缩形成太阳的分子云中形成的。你也许会认为不同天体在太阳系中的分布是无章可循的。但其实目前的太阳系结构已经达到了平衡的状态,添一分则嫌“胖”,减一分则嫌“瘦”。那么这一精巧的结构是如何形成的呢?

         在太阳形成的时候,它消耗了原始太阳星云中99.8%的物质。按照目前被广为接受的理论,剩下的物质在引力的作用下形成了一个围绕新生恒星的气体尘埃盘。当这个盘中的尘埃颗粒绕太阳运动的时候,它们彼此之间会发生碰撞,并且渐渐地聚合长大。在盘的最内部,由于太阳的核反应已经被点燃,因此高温使得只有金属和高熔点的含硅矿物才能幸存下来。这样一来也限制了尘埃可聚合的大小,所以这一区域中的小天体最终凝聚形成了内太阳系的4颗体型较小的岩质行星——水星、金星、地球和火星。

        在这一区域之外则没有类似的限制,在“雪线”以外的区域甲烷和水都是以固体的形式出现的。这个区域中的行星可以长得更大,并且可以在太阳的热量把气体驱散之前吸积气体分子(主要是氢)。这就是木星和土星这样的气态巨行星以及温度更低的巨行星天王星和海王星的最终形成过程。这也是天文学家预计这些行星在流体的表层之下有一个岩石核心的原因。
       到目前为止一切都是直接。法国蔚蓝海岸天文台的亚历山德罗·莫比德利(Alessandro Morbidelli)说,但当你要深入到其中的细节的时候问题就来了,吸积模型就是一个很好的范例。没有人确切知道米级的岩石是如何聚合成10千米级的小天体的。因为小型的固体天体会受到其周围气体压力的作用而最终在聚合之前便落入了太阳。最近提出的一种可能性是气体中局部湍流提供的低压使得小岩石最终并合到了一起。
        气态巨行星也有类似的问题。它们的岩石核心必定是在有气体的情况下聚合而成的,然后才能吸积气体。而在其他行星系统中也已经发现了非常靠近恒星的类木行星。这些行星的大小和木星相仿,但是轨道半径却和地球的差不多,甚至更小。如果在太阳系形成的早期也有一颗木星质量的行星运动到了太阳系的内部,尽管还没有确定的结论,但诸如地球这样的内行星都会被散射出太阳系。

        按照美国科罗拉多大学的菲尔·阿米蒂奇(Phil Armitage)的说法,没有证据显示太阳系上演过类似的情况。如果说过大的月亮是某种暗示的话,那么它也只是说明了内太阳系在岩质行星形成的最初1亿年中一直处于“动荡不安”的状态,但是很快一切就都安定了下来。根据莫比德利及其同事所提出的理论,在太阳形成之后的几亿年,在木星和土星引力的“强强联合”作用下天王星和海王星被推到了距离太阳更远的地方并且占据了现在的位置,由此引发了外太阳系的重组和膨胀。一些小天体会就此撞向木星,而另一些则会被木星的强大引力抛射出太阳系。在整个太阳系的外围、宇宙的深处,这些未被吸积的残骸聚集到了一起形成了设想中的奥尔特云。

        太阳系的最近一次引力散射效应的集中体现就是它们对火星和木星之间小行星带的扰动,由此引发了40亿年前(太阳形成之后5-6亿年)出现的晚期大规模轰击。在这期间,大量的小天体撞击了地球和月亮,但从那以后构成太阳系的天体便又重新恢复了平静,进入了一种精巧的平衡状态——无疑这对于地球上生命的起源和演化来说是“无价”的。

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