太阳系怎么了?现在越变越古怪?(2)

“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。

木星

木星

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。“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。”结果非常暴力。

计算机模拟显示,当木星不断向太阳系内部进发时,一路上横扫千军,像一架犁,犁过了所有气体、尘埃和半成型的行星——直径小于1000公里的行星,也被成为星子,并触发了星子之间的碰撞,碎裂成更小的石块。当石块直径小于1公里时,周围的气体便轻而易举地将它们拖进了太阳。其他恒星附近存在超级地球,而几个超级地球就能跟着星子形成一个行星。但是如果有类似木星的行星靠近,行星引力会锁定超级地球与星子,然后将连带着超级地球将星子送进了太阳。

太阳系

太阳系

木星安全抵达外太阳系时,一路上留下的碎片足够形成地球和其他小型的岩石星球了。如果这是真的,其他行星系统的情况也大体相同。感谢折腾的木星,让水星与太阳间的距离空间如此清爽干净。否则现在留下的将是一堆混乱的超级地球,没有地球就没有我们了。这些解释还是在讲故事,一连串错综复杂的事件不过强调了我们居住的太阳系有多古怪。从目前的数据上看,“大策略”理论还是颇有希望被证实的。“初步迹象开了个好头,”Laughlin说“那些周围存在超级地球的恒星是没有类似木星的远处行星的”到底能不能被证实,得到了2017年太阳系外行星调查卫星(TESS)发射之后才能揭晓。外行星调查卫星将在太阳附近搜寻行星。Laughlin不会一直按照“大策略”模型来。“我们只是知道了太阳系比较特别,”他说,“这是初步理解这一现实所要做的工作之一。我敢肯定,还会有很多更好的更有说服力的理论在等着我们。”