【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

【#汽车资讯#】#汽车#公司:卖车之外的生意更好做?

汽车行业处在一个由科技主导的根本性变革浪潮之中。

如果你登陆领英,在招聘一栏搜索“自动驾驶和电动车”。你会发现,在前几个搜索结果里,既有汽车公司也有科技企业,如英伟达、沃尔沃、高通、西门子、奥迪、博世等。

未来几年,汽车公司与科技公司之间的界限会越来越模糊。

从娱乐方式到支付手段,科技几乎改变了我们生活的方方面面。专家称,下一个十年,汽车行业的最大变革之一CASE变革(connected互联,autonomous自动化,shared共享,electric电动化)将最具代表性。

“CASE的发展速度比任何人想象的都要快。在全球范围内,这一趋势已经存在。它从特斯拉电动车开始,车联网技术则来自通用。”名爵汽车印度公司总裁兼总经理拉吉夫·查巴(Rajeev Chaba)说。

科技和汽车公司之间也在频频联动。

2016年,通用在以10亿美元收购了自动驾驶技术初创公司Cruise Automation,并宣布将与Lyft合作,测试自动驾驶出租车。

2022年3月,索尼宣布与本田汽车公司结成战略联盟,开发电动汽车,预计在2025年前上路。而智能手机制造商小米公司在2021年3月宣布进入智能电动车业务。

塔塔汽车是印度电动汽车的市场领导者,它使用微软Azure智能云为联网汽车提供先进的导航、预测性维护、远程监控功能和AI创新。

“简而言之,在今天的汽车市场上,汽车公司不再仅仅是机械零件的组装商,它们也是车轮上计算机的研发商。下一代汽车生态系统将包括OEM、软件和服务供应商、系统集成商、设备制造商、线上参与者以及最重要的电信运营商。”爱立信印度区总经理兼东南亚、大洋洲和印度网络主管尼廷·班萨尔(Nitin Bansal)说。

爱立信的一份报告显示,到2025年,全球车联网市场预计将达到1660亿美元。

班萨尔补充说:“建立车联网势头的最基本因素是快速的互联网连接,而5G将实现这一目标。”

例如,爱立信与奥迪和传感器制造商SICK合作,用超高速5G连接一家德国工厂,这样自动导引车(AGV)就可以在工作区安全、无线地移动,与工人完美协作。它还与沃尔沃合作,进行了一项利用5G连接的试验,以确保地图不断得到最新的实时信息,用于未来的自动驾驶操作。

“技术将是下一代汽车行业成功的关键因素,它也将影响汽车价值的转变。”班萨尔说。

汽车重新布线

今天,一辆普通的汽车是90%的硬件和10%的软件。根据行业报告,在未来,硬件的份额将减少到40%,剩下的将由软件(40%)和内容(20%)来分配。

汽车专家认为,合作将是关键,因为汽车制造商如果继续单打独斗,在目前的颠覆性情况下很难生存下去。

科技咨询公司高德纳Gartner的高级主任分析师佩德罗·帕切科(Pedro Pacheco)认为,没有技术思维的汽车公司可能会面临消亡。互联汽车和软件将在2030年成为汽车行业的主要收入来源。从盈利的角度来看,做不到这一点的公司面临很大的风险。

为了给未来提供保障,汽车公司已经开始雇用有技术背景的人。以名爵印度公司为例,该公司的技术人才招聘比例上升明显。

但帕切科认为,只雇用科技人才远远不够。并不是拥有了大量的软件工程师就能成为一家科技公司,而是应该像科技公司一样去思考。这是传统汽车制造商一直无法做到的,因为它们在数字方面并不成熟。

因此,汽车公司和科技企业看到了合作带来的潜力和新的商业机会。

恩智浦印度公司副总裁兼印度总经理桑杰·古普塔(Sanjay Gupta)说:“像自然语言处理、增强现实、5G多屏幕环境以及边缘计算等技术必将颠覆这个行业,因此汽车制造商及其合作伙伴可以发明新的商业模式。”

在这家荷兰半导体公司的助力下,电动车系统的开发加快了。现在该公司正在开发自动驾驶汽车技术。在汽车领域,它与宝马、福特、塔塔等汽车制造商合作。

古普塔说,这种合作背后的一个关键原因是,电动车的利润率预计将低于汽油动力汽车。汽车制造商不得不寻找新的利润来源。

科技公司进军汽车领域对该行业在技术方面的发展至关重要。随着芯片处理能力的提高,各种复杂、可配置的创新层出不穷,未来也将被跟进。因此,合作是发展的唯一选择。

专家们说,出行即服务的崛起形成了另一股基本力量。在全球范围内,自有车辆向按需出行解决方案的转变已成为一大趋势。

“汽车即服务”是未来的趋势。“这意味着我们可以从汽车本身开始开发更多服务。显而易见的是,几年后,追捧智能手机的这一代将是我们的主要买家。对他们来说,汽车是继电视、笔记本电脑和手机之后的第四屏幕。人们希望在这些屏幕上获得无缝体验。”名爵的查巴说。

爱立信的班萨尔认为,CASE将推动全球无线数据网络的转型,使许多人没有必要拥有一辆汽车。

互联将在汽车行业变革中占据中心位置。随着5G、人工智能、数据、云等先进技术的发展,CASE将重塑汽车行业,发展到单个汽车品牌的重要性将远远低于开发周围的软件和服务模式。

科技公司表示,除了高度自动驾驶之外,CASE还将有更多用途,包括工业4.0实现的汽车制造、车辆诊断和个性化、OTA更新、车联网和订阅管理、汽车数据货币化等等。

班萨尔说:“车内技术逐渐转向技术公司和汽车制造商之间的民主化基础合作。”

据审计和咨询公司普华永道称,汽车行业与技术、媒体和电信行业的融合将产生广泛的影响。汽车公司需要重新思考从工厂车间到后台的整套运作模式。

卖车之外

虽然像小米这样的科技公司已经宣布了进入电动车领域的计划,但规模化生产的难度很大。专家指出,许多人期望科技公司在未来几年主导汽车行业的格局,但并不是每个科技品牌都会变成特斯拉。

作为一个技术背景的人,埃隆·马斯克(Elon Musk)完美地总结了特斯拉汽车的生产困境:“制造一辆原型车很容易,也很有趣。然而以可承受的价格进行批量生产,并提供合格的产品,这是痛苦的。我们的生产过程如在地狱里走了一遭。没有什么比大规模生产更难的了。”

向电动车的过渡是不可避免的,技术将在未来的出行中发挥关键的作用。对于电动汽车来说,技术在各个方面都是至关重要的,无论是性能还是体验,技术做得不好会让一个品牌在未来的发展中更加艰难。

“今天,汽车公司正面临着来自初创公司和科技企业的竞争。”爱立信的班萨尔说,“一些更小、更灵活的企业正在通过新的商业模式、敏捷的流程和对客户的高度关注成功抢占运输业务。因此,汽车制造商必须建立一个伙伴关系生态系统,用数字技术完成自我重塑。”

他补充说:“现在是它重新定位自己的时候了,以便扩大到传统汽车销售之外。”

据市场研究和咨询公司CyberMedia Research称,“以CASE为主导的未来需要汽车公司和技术巨头在它们传统优势基础上发展。”

传统的汽车公司擅长于硬件能力和以硬件为中心的创新。另一方面,科技巨头和初创企业带来了尖端的技术,特别是在计算、互联和计算机视觉等领域。

CyberMedia Research的行业情报组负责人普拉布·拉姆(Prabhu Ram)说,传统汽车公司以及科技巨头在CASE变革中的成功,将无一例外地与它们建立自然协同方面的成功程度有关。

专家们认为,科技巨头将着眼于汽车不同技术层面吸引消费者的差异化和价值的持久性。

拉姆说:“当人们看到汽车制造的整体复杂性,以及高资本密集度和低利润率时,科技公司接受全面汽车制造的欲望就会降低。”

帕切科认为:“按照汽车行业的传统,技术都是从汽车的高端领域开始,然后逐级向低端领域发展,但这一次不同。今天,我们看到的是在新的创收模式方面的颠覆性创新,以及新服务和功能的多样性。”

他说:“这将在2030年之前改变这个行业。车联网行业将需要克服诸多挑战,包括互联成本、网络安全和监管准则。”

班萨尔说:“这些汽车将产生大量的数据,汽车制造商需要评估这些数据集,使它们的产品更强大,效率更高。与此同时,网络安全也需要重点关注。”

随着越来越多的汽车联网,管理互联和订阅需要更多的努力和资源。OEM及其合作伙伴将扮演重要的角色。

“汽车公司必须制定出能够为它们提供足够支持、运营监控和绩效管理的商业计划。除此以外,该行业还需要政府的支持,以制定有利的政策和监管环境。”班萨尔说。

如今,苹果和谷歌等科技巨头都即将成为汽车制造商,这两个行业该如何界定?

“坦率地说,没有人知道答案。汽车行业在规模化生产 、削减成本、管理库存等方面可以向世界提供很多东西。现在,科技公司在软件方面也有很多东西可以提供。但两者的界限正在模糊。”查巴说。

这对消费者来说是个好消息。

保持炙热,坚持下去,或许前路未必是光明坦荡,但也一定充满无限可能,热爱可抵岁月漫长,彼此保护从来不是说说而已,让我们一起变成更好的人吧,成为彼此的骄傲。我喜欢肖战,肖战我喜欢你。

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