哲学家18世纪，提出的太阳系起源假说，现在已是天文学界共识！

随遇而安428

太阳系起源于巨大气体尘埃云的假说，最早由德国哲学家伊曼纽尔·康德在18世纪下半叶提出，并由法国数学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯进一步发展，现在已经是天文学界的共识。由于现在有大量的观测数据、理论输入和计算资源，已经得到了不断的完善，但这不是一个线性的过程。也不是没有争议，直到现在，人们还认为太阳系在形成约7亿年后经历了一段时期的动荡，才获得了今天的特征。


然而，一些最新的研究表明，它是在更遥远的过去形成，在最初1亿年的某个阶段。三名巴西天文学家进行的一项研究，为这种更早的结构提供了强有力的证据。这项研究由圣保罗研究基金会支持，其研究发现发表在《Icarus》期刊上，研究作者都隶属于圣保罗州立大学工程学院。主要作者是拉斐尔·里贝罗·德索萨，另外两位作者是AndréIzidoro Ferreira da Costa和这项研究的首席研究员Ernesto Vieira Neto。


从对太阳系详细观测中获得的大量数据，使得天文学家们能够精确地确定围绕太阳运行的许多天体轨迹，这种轨道结构使我们能够书写太阳系形成的历史。从大约46亿年前环绕太阳的气体尘埃云中脱颖而出的巨型行星，形成的轨道彼此更接近太阳，也更接近太阳。轨道也比现在更共面、更圆，在共振的动力系统中更相互联系。这些稳定系统最有可能是气体原行星盘形成行星的引力动力学结果。
巨型行星的扰动
木星、土星、天王星和海王星从气体尘埃云中以更紧密的轨道出现，由于共振链，它们的运动具有很强的同步性，木星绕太阳转了三圈，土星绕太阳转了两圈。所有行星都参与了由原始气体盘的动力学和行星引力动力学产生的这种同步性。然而，在整个太阳系外部的形成区域，包括位于天王星和海王星当前轨道之外的区域，太阳系有大量的小行星，小岩石和冰体被认为是行星的基石，以及小行星、彗星和卫星的前身。


外行星小盘开始扰乱系统的重力平衡。在气相之后，共振被破坏，系统进入了一个混乱的时期，在这个时期，巨大的行星激烈地相互作用，并将物质喷射到太空中。冥王星和冰雪邻居被推入了现在所在的柯伊伯带，整个行星群都迁移到了离太阳更远的轨道上。柯伊伯带的存在是由荷兰天文学家Gerard Kuiper于1951年提出，后来得到了天文观测的证实，它们轨道的多样性，在太阳系任何其他部分都是看不到的。


柯伊伯带内缘始于距太阳约30个天文单位(AU)的海王星轨道，外缘距离太阳约50AU，一个AU大约等于地球到太阳的平均距离。回到同步性中断和混乱阶段的开始，问题是这是在什么时候发生的，在太阳系生命的非常早期，当时它只有1亿岁或更少，或者更晚，可能是在行星形成约7亿年后？直到，晚期不稳定性假说一直占据主导地位，对阿波罗宇航员带回的月球岩石的年代测定表明，它们是由小行星和彗星同时撞击月球表面造成。
混乱的天体碰撞
这场灾难被称为“后期对月球的猛烈轰炸”，这发生在月球上，那么它也可能发生在地球和太阳系的其他类地行星上。因为在行星不稳定时期，太阳系内有大量小行星和彗星的物质向四面八方投射，从月球岩石推断，这一混沌期出现的时间较晚，但近年来，“晚轰击”月球的想法已经失宠。如果发生了晚期的混乱灾难，它将摧毁地球和其他类地行星，或者至少会造成扰动，使它们处于与我们现在观察到完全不同的轨道上。


此外，阿波罗宇航员带回的月球岩石，被发现是由一次撞击产生的。如果它们起源于巨行星不稳定的晚期，那么考虑到行星小星被巨行星分散，将会有几次撞击的证据。本研究的出发点是：不稳定时间应该是动态的。只有当气体耗尽时，行星盘的内缘和海王星轨道之间有一个相对较长的距离，这种不稳定才可能在以后发生。在研究的模拟中，这个相对较大的距离被证明是不可持续的。


论证基于一个简单的前提：海王星与行星盘之间的距离越短，引力影响越大，因此不稳定周期越早。相反，后期的不稳定性需要更大的距离。研究所做的是第一次“雕刻”原始行星小盘，要做到这一点，必须回到冰巨星天王星和海王星的形成过程。基于模型计算机模拟显示，天王星和海王星的形成可能起源于具有几个地球质量的行星胚胎。例如，这些超级地球的大规模碰撞将解释为什么天王星会侧转。


以前的研究已经指出了海王星轨道和小行星盘内部边界之间距离的重要性，但研究人员使用的是一个模型，在这个模型中，四颗巨行星已经形成。这项最新研究的新奇之处在于，该模型并不是从完全形成的行星开始。相反，天王星和海王星仍处于增长阶段，增长的驱动力是涉及超级地球质量最多为5个地球质量的两到三次碰撞。想象一下这样的情况：木星和土星形成，但有5到10个超级地球，而不是天王星和海王星。
各种相互作用
气体迫使超级地球与木星和土星同步，但由于数量众多，它们的同步性起伏不定，最终发生碰撞。碰撞合并减少了数量，使得同步性成为可能，最终，就剩下了天王星和海王星。当这两个冰巨星在气体中形成时，行星小盘正在被消耗。一部分物质被吸积到天王星和海王星上，另一部分被推进到太阳系的外围。因此，天王星和海王星的生长决定了行星盘内边界的位置。


剩下圆盘现在是柯伊伯带，柯伊伯带基本上是原始小行星圆盘的遗迹。研究提出的模型与巨行星目前轨道和在柯伊伯带观察到的结构一致。从木星和土星完全形成但依旧同步的阶段开始，并描述了从那时起太阳系的演变。巨行星和小行星盘之间的引力相互作用，在气体盘中产生了以波形式传播的扰动。当气体耗尽时，行星与行星盘之间的相互作用破坏了同步性，产生了混沌相。


考虑到这一切，研究发现海王星轨道到行星盘内边界之间的距离，根本不存在大到足以支持后期不稳定性假说的条件，新研究贡献是，研究表明这种不稳定性发生在最初的1亿年，例如，可能发生在地球和月球形成之前。
博科园｜研究/来自：圣保罗研究基金会
参考期刊《Icarus》
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