太陽系起源于巨大氣體塵埃云的假說，最早由德國哲學家伊曼紐爾·康德在18世紀下半葉提出，并由法國數學家皮埃爾-西蒙·德·拉普拉斯進一步發(fā)展，現(xiàn)在已經是天文學界的共識。

由于現(xiàn)在有大量的觀測數據、理論輸入和計算資源，已經得到了不斷的完善，但這不是一個線性的過程。也不是沒有爭議，直到現(xiàn)在，人們還認為太陽系在形成約7億年后經歷了一段時期的動蕩，才獲得了今天的特征。

然而，一些最新的研究表明，它是在更遙遠的過去形成，在最初1億年的某個階段。三名巴西天文學家進行的一項研究，為這種更早的結構提供了強有力的證據。這項研究由圣保羅研究基金會支持，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Icarus》期刊上，研究作者都隸屬于圣保羅州立大學工程學院。主要作者是拉斐爾·里貝羅·德索薩，另外兩位作者是AndréIzidoro Ferreira da Costa和這項研究的首席研究員Ernesto Vieira Neto。

從對太陽系詳細觀測中獲得的大量數據，使得天文學家們能夠精確地確定圍繞太陽運行的許多天體軌跡，這種軌道結構使我們能夠書寫太陽系形成的歷史。從大約46億年前環(huán)繞太陽的氣體塵埃云中脫穎而出的巨型行星，形成的軌道彼此更接近太陽，也更接近太陽。軌道也比現(xiàn)在更共面、更圓，在共振的動力系統(tǒng)中更相互聯(lián)系。這些穩(wěn)定系統(tǒng)最有可能是氣體原行星盤形成行星的引力動力學結果。

巨型行星的擾動

木星、土星、天王星和海王星從氣體塵埃云中以更緊密的軌道出現(xiàn)，由于共振鏈，它們的運動具有很強的同步性，木星繞太陽轉了三圈，土星繞太陽轉了兩圈。所有行星都參與了由原始氣體盤的動力學和行星引力動力學產生的這種同步性。然而，在整個太陽系外部的形成區(qū)域，包括位于天王星和海王星當前軌道之外的區(qū)域，太陽系有大量的小行星，小巖石和冰體被認為是行星的基石，以及小行星、彗星和衛(wèi)星的前身。

外行星小盤開始擾亂系統(tǒng)的重力平衡。在氣相之后，共振被破壞，系統(tǒng)進入了一個混亂的時期，在這個時期，巨大的行星激烈地相互作用，并將物質噴射到太空中。冥王星和冰雪鄰居被推入了現(xiàn)在所在的柯伊伯帶，整個行星群都遷移到了離太陽更遠的軌道上。柯伊伯帶的存在是由荷蘭天文學家Gerard Kuiper于1951年提出，后來得到了天文觀測的證實，它們軌道的多樣性，在太陽系任何其他部分都是看不到的。

柯伊伯帶內緣始于距太陽約30個天文單位(AU)的海王星軌道，外緣距離太陽約50AU，一個AU大約等于地球到太陽的平均距離?；氐酵叫灾袛嗪突靵y階段的開始，問題是這是在什么時候發(fā)生的，在太陽系生命的非常早期，當時它只有1億歲或更少，或者更晚，可能是在行星形成約7億年后？直到，晚期不穩(wěn)定性假說一直占據主導地位，對阿波羅宇航員帶回的月球巖石的年代測定表明，它們是由小行星和彗星同時撞擊月球表面造成。

混亂的天體碰撞

這場災難被稱為“后期對月球的猛烈轟炸”，這發(fā)生在月球上，那么它也可能發(fā)生在地球和太陽系的其他類地行星上。因為在行星不穩(wěn)定時期，太陽系內有大量小行星和彗星的物質向四面八方投射，從月球巖石推斷，這一混沌期出現(xiàn)的時間較晚，但近年來，“晚轟擊”月球的想法已經失寵。如果發(fā)生了晚期的混亂災難，它將摧毀地球和其他類地行星，或者至少會造成擾動，使它們處于與我們現(xiàn)在觀察到完全不同的軌道上。

此外，阿波羅宇航員帶回的月球巖石，被發(fā)現(xiàn)是由一次撞擊產生的。如果它們起源于巨行星不穩(wěn)定的晚期，那么考慮到行星小星被巨行星分散，將會有幾次撞擊的證據。本研究的出發(fā)點是：不穩(wěn)定時間應該是動態(tài)的。只有當氣體耗盡時，行星盤的內緣和海王星軌道之間有一個相對較長的距離，這種不穩(wěn)定才可能在以后發(fā)生。在研究的模擬中，這個相對較大的距離被證明是不可持續(xù)的。

論證基于一個簡單的前提：海王星與行星盤之間的距離越短，引力影響越大，因此不穩(wěn)定周期越早。相反，后期的不穩(wěn)定性需要更大的距離。研究所做的是第一次“雕刻”原始行星小盤，要做到這一點，必須回到冰巨星天王星和海王星的形成過程?；谀Ｐ陀嬎銠C模擬顯示，天王星和海王星的形成可能起源于具有幾個地球質量的行星胚胎。例如，這些超級地球的大規(guī)模碰撞將解釋為什么天王星會側轉。

以前的研究已經指出了海王星軌道和小行星盤內部邊界之間距離的重要性，但研究人員使用的是一個模型，在這個模型中，四顆巨行星已經形成。這項最新研究的新奇之處在于，該模型并不是從完全形成的行星開始。相反，天王星和海王星仍處于增長階段，增長的驅動力是涉及超級地球質量最多為5個地球質量的兩到三次碰撞。想象一下這樣的情況：木星和土星形成，但有5到10個超級地球，而不是天王星和海王星。

各種相互作用

氣體迫使超級地球與木星和土星同步，但由于數量眾多，它們的同步性起伏不定，最終發(fā)生碰撞。碰撞合并減少了數量，使得同步性成為可能，最終，就剩下了天王星和海王星。當這兩個冰巨星在氣體中形成時，行星小盤正在被消耗。一部分物質被吸積到天王星和海王星上，另一部分被推進到太陽系的外圍。因此，天王星和海王星的生長決定了行星盤內邊界的位置。

剩下圓盤現(xiàn)在是柯伊伯帶，柯伊伯帶基本上是原始小行星圓盤的遺跡。研究提出的模型與巨行星目前軌道和在柯伊伯帶觀察到的結構一致。從木星和土星完全形成但仍然同步的階段開始，并描述了從那時起太陽系的演變。巨行星和小行星盤之間的引力相互作用，在氣體盤中產生了以波形式傳播的擾動。當氣體耗盡時，行星與行星盤之間的相互作用破壞了同步性，產生了混沌相。

考慮到這一切，研究發(fā)現(xiàn)海王星軌道到行星盤內邊界之間的距離，根本不存在大到足以支持后期不穩(wěn)定性假說的條件，新研究貢獻是，研究表明這種不穩(wěn)定性發(fā)生在最初的1億年，例如，可能發(fā)生在地球和月球形成之前。

博科園｜研究/來自：圣保羅研究基金會

參考期刊《Icarus》

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