【地球诞生前,巨行星们有段不太和谐的过往[并不简单]】天文学家一直在尝试回答一个问题:太阳系行星轨道是怎么变成现在这样的?

最近,浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史,揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因,并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日,相关成果刊登于《自然》杂志。

【巨行星的轨道曾经发生过剧变】

在很久很久以前,星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳,残余物质一边被太阳炙烤着,气体不断蒸发,一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。

行星在盘内成长,并与盘中气体相互作用,轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说,它们通过向内的迁移,逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点,运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。

“就像高速路上正常行驶的车辆,大家相对匀速,相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。

但奇怪的是,按照这个想法推演,位于太阳系外侧的四个巨行星,轨迹并不会像如今这般。

“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。

天文学家推测,在行星轨道演化的过程中,巨行星轨道曾经发生过剧变。

“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样,车辆的间距被打乱了,原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。

可是,如此一来,又一个新的问题出现了:是什么让巨行星轨道发生了剧变?

图:太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体(图片来源:刘倍贝)

【著名模型留下的困惑】

对于巨行星轨道的剧变问题,天文学家们提出过各种模型,其中,最为流行的名叫“尼斯”模型(Nice)。

这个模型出现于2005年。当时,模型的创立者连发三篇《自然》论文,在天文学界轰动一时,模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。

然而,在轰动的同时,尼斯模型依然留有一些困惑。

目前天文学家认为,太阳系诞生早期,气体盘演化到晚期时,太阳辐射的高能光子直射在气体盘上,形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体,使盘的内部出现中空结构,之后,光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。

“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机,不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。

尼斯模型认为,盘里的气体耗散后,巨行星与外部的星子盘(由直径为数公里到上百公里的星子组成)相互作用不断交换轨道能量,最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。

该模型还由此判断,因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢,所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后,属于“晚期不稳定”。

“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成,如果如尼斯模型所预期,那么,巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后,产生的强烈扰动会破坏地球的轨道,而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。

他告诉记者,巨行星的动力学不稳定会打破太阳系原有的平静,它们强大的引力扰动会迫使周围小天体不断撞向其他行星和卫星,在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现,月球陨石坑有着广泛的年龄分布,小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。

【前人忽略的关键细节】

尼斯模型留下的困惑,也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天,刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件,这封邮件促成了他的此次研究。

“我们怀疑,太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中,国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。

这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson),他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。

两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中,刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里,很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”,研究中他们提出一种“反弹”设想,认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化,并使其脱离平稳状态。

雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发,在一次见面中,他们分享了各自的想法,并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流,随着讨论越来越深入,三人都觉得到这项研究意义重大。

讨论中,他们发现,前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中,行星会受到气体作用力而发生反向运动。

“这一过程类似于打羽毛球,挥拍击打来球,羽毛球改变原有轨迹,反弹后随着拍面一起向外运动。”刘倍贝说。

通过理论计算,他们发现,由于靠近太阳内边界的地方炙热,气体快速耗散,当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时,原本向内迁移的行星改变运动方向,随内边界共同向外移动。

由于太阳系巨行星的质量不同,所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同,从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。

【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】

根据设想和理论计算的数据,他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。

实验结果显示,按照“反弹”模型的设想,原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时,发生了大幅度轨道变化,冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系,而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。

此外,他们的研究还表明,巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说,不同于尼斯模型的推测,我们认为,在地球诞生之前,巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。

“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化,地球以及生命的起源,宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为,新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型,这些都是它有别于传统模型之处。

对于这一研究成果,期刊的匿名评审人认为:“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分,文章新颖且意义重大。”

“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk

【地球诞生前,巨行星们有段不太和谐的过往[并不简单]】天文学家一直在尝试回答一个问题:太阳系行星轨道是怎么变成现在这样的?

最近,浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史,揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因,并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日,相关成果刊登于《自然》杂志。

【巨行星的轨道曾经发生过剧变】

在很久很久以前,星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳,残余物质一边被太阳炙烤着,气体不断蒸发,一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。

行星在盘内成长,并与盘中气体相互作用,轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说,它们通过向内的迁移,逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点,运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。

“就像高速路上正常行驶的车辆,大家相对匀速,相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。

但奇怪的是,按照这个想法推演,位于太阳系外侧的四个巨行星,轨迹并不会像如今这般。

“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。

天文学家推测,在行星轨道演化的过程中,巨行星轨道曾经发生过剧变。

“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样,车辆的间距被打乱了,原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。

可是,如此一来,又一个新的问题出现了:是什么让巨行星轨道发生了剧变?

图:太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体(图片来源:刘倍贝)

【著名模型留下的困惑】

对于巨行星轨道的剧变问题,天文学家们提出过各种模型,其中,最为流行的名叫“尼斯”模型(Nice)。

这个模型出现于2005年。当时,模型的创立者连发三篇《自然》论文,在天文学界轰动一时,模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。

然而,在轰动的同时,尼斯模型依然留有一些困惑。

目前天文学家认为,太阳系诞生早期,气体盘演化到晚期时,太阳辐射的高能光子直射在气体盘上,形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体,使盘的内部出现中空结构,之后,光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。

“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机,不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。

尼斯模型认为,盘里的气体耗散后,巨行星与外部的星子盘(由直径为数公里到上百公里的星子组成)相互作用不断交换轨道能量,最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。

该模型还由此判断,因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢,所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后,属于“晚期不稳定”。

“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成,如果如尼斯模型所预期,那么,巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后,产生的强烈扰动会破坏地球的轨道,而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。

他告诉记者,巨行星的动力学不稳定会打破太阳系原有的平静,它们强大的引力扰动会迫使周围小天体不断撞向其他行星和卫星,在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现,月球陨石坑有着广泛的年龄分布,小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。

【前人忽略的关键细节】

尼斯模型留下的困惑,也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天,刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件,这封邮件促成了他的此次研究。

“我们怀疑,太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中,国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。

这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson),他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。

两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中,刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里,很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”,研究中他们提出一种“反弹”设想,认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化,并使其脱离平稳状态。

雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发,在一次见面中,他们分享了各自的想法,并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流,随着讨论越来越深入,三人都觉得到这项研究意义重大。

讨论中,他们发现,前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中,行星会受到气体作用力而发生反向运动。

“这一过程类似于打羽毛球,挥拍击打来球,羽毛球改变原有轨迹,反弹后随着拍面一起向外运动。”刘倍贝说。

通过理论计算,他们发现,由于靠近太阳内边界的地方炙热,气体快速耗散,当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时,原本向内迁移的行星改变运动方向,随内边界共同向外移动。

由于太阳系巨行星的质量不同,所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同,从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。

【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】

根据设想和理论计算的数据,他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。

实验结果显示,按照“反弹”模型的设想,原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时,发生了大幅度轨道变化,冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系,而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。

此外,他们的研究还表明,巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说,不同于尼斯模型的推测,我们认为,在地球诞生之前,巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。

“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化,地球以及生命的起源,宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为,新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型,这些都是它有别于传统模型之处。

对于这一研究成果,期刊的匿名评审人认为:“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分,文章新颖且意义重大。”

“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk

【#西班牙加纳利大区以南海域发生海难# 已致1人死亡 另有26人失踪】当地时间4月26日,西班牙海上救援当局报告说,该国加纳利大区以南约245公里处海域发生一起海难,截至目前,已经确认1人死亡,另有26人下落不明。

当局表示,发生海难的船只从西撒哈拉海岸出发,船上载有61人。救援船于当地时间26日凌晨1时左右抵达事发海域,救起34人,并发现了1名遇难者的遗体。海难发生原因尚不清楚。(央视新闻客户端)


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 7,皆是人间惆怅客,岂有岁月可回头。7,皆是人间惆怅客,岂有岁月可回头。
  • 全家总动员羽毛球比赛,单打,混合双打,一对二,二对二,大对小,我的小臂累辟了,爸爸腿疼,小孩们没事[嘻嘻][嘻嘻]晚上的家宴,是田爸选的好地方,一家人开起大鸟窝
  •   将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰能,是以众议举宠为督。今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都
  • 3.弄酱真是艺高人胆大啊,居然不躲好,观察小朋友移动来藏,太过自信被抓了吧,笑喷,对自己的渣体力是有什么误解哈哈哈。也是自信啊,小朋友还没反应他先噗嗤笑场,也是
  • )因为最初确实是被喊来帮忙的 被分配的工作也有一直在做 但是由于皮下辞职需要通过负责人及后援会 所以他们给出的回答都是缺人别走(p1)(有能力的人快来吧 为什么
  • 我就知道,你永远都是妈妈的骄傲。我时刻都记得,我是妈妈的骄傲,我永远都不会让她对我失望。
  • 没有被放逐的痛苦,就没有勇闯天涯的胆气,没有用生命做抵押的拼搏,就不具备自强独立的狼性。红尘一路,只愿如莲,不为谁开,不为谁落,任世事归入风尘,守着自己的一寸光
  • 现公布向往的生活手游三个玩家个人信息,这三个人的昵称就说明人心有问题,天天在群里骂来骂去,别让我抓到你,天天这个点在4频骂人,我已向12315网络游戏举报,等着
  • ——李白《春日醉起言志》12、人闲桂花落,夜静春山空。——李清照《念奴娇·春情》4、春风又绿江南岸,明月何时照我还。
  • 事实上就是我在那边的肯德基买了一份套餐(也算是没饿着了,哈哈)图片素和朋友的一些吐槽#宜家宜商就选腾势D9# 没孩子的时候还不觉得,有娃之后,车真是我们家不可或
  • ❥ ℒℴvℯ ℴ 成毅 ✨✨━━━*̣̩⋆̩☽⋆‘‘’ #成毅狐妖小红娘王权篇#cy#成毅王权富贵#外界的声音太嘈杂,听自己的心就好°. ❥————♡⃛.ʸᵒᵘ
  • 宣洢“宣洢”这个名字的音律非常悦耳动听,其读音为xuān、yī;该名字中的宣字有宣布、疏导的意思,而其中洢字是水名,是今中国河南省伊河的古称,比这个“伊”字多了
  • ”“他真的走啦,你不要再执迷不悟了”其实执迷不悟也没有关系的时间会让我厌倦这个陌生人的时间总会抚平我的梦的他不在啦,我知道从前,会很轻易地叫他ntg,很随口就叫
  • 自己不上进,危机无处不在吞噬你的理想和灵魂,混下去很容易,混上去太难了。奔走在热爱及阳光里~耶咦,之前的路人在以后的生活中后悔吧[全力以赴]我会更加优秀,出现在
  • 时支酉金为墙外桃花临驿马太多,又年支与日支相冲,都为感情动荡,其次也容易轻浮随意,对待感情不专一。八字有三刑之人,特别是女命,多数不利婚姻,且性格强势,脾气不好
  • 签字期间,来个60多男人,她喊他叔,很高高在上询问我和中介许多问题。人生如戏,好好看戏……#怪不得年轻人要断亲# 周日我连麦答疑的时候,一个80后已婚已育“表姐
  • 不叨叨了还是 越叨叨就越平静的发疯...现在也睡不着...为了工作晚上咖啡喝的有点多 我的眼镜你在哪里[泪]突然想起来昨天还是前天做的梦 这两天因为眼睛一直不舒
  • 間奏のダンスパートはセンターで魅せることができたと思います大阪の楓雅くんと将一朗くんと撮ってもらいましたまさもりくんがブログでドアップブームを起こすって書いてた
  • 对此,特朗普称,这位前南卡罗来纳州州长在“超级星期二”遭到惨败,并邀请她的支持者加入他的政治运动。”拜登称赞黑利在党内的作用:“竞选总统需要很大的勇气——在今天
  • #新时代六地辽宁杠杠滴##美好辽宁欢迎您#小区中间位置,河景高层电梯房,满五,精装带地暖小区介绍小区是2002年6月-2002年12月竣工,明泉集团开发,首期打