科学家用新模型揭秘太阳系“幼年” 

 

 

行星是怎么诞生的？太阳系又是怎么演化的？近来，浙江大学发布该校物理学院研究员刘倍贝与法国波尔多大学教授雷蒙德、美国密歇根州立大学教授雅格布森一起提出的太阳系巨行星轨迹演化新模型。这项成果在北京时刻4月27日刊登于《天然》，刘倍贝是论文的第一作者兼通讯作者，浙大物理学院为第一单位。

 

“今日咱们所见太阳系的行星轨迹，与太阳系‘幼年’时期有很大不同。”刘倍贝说，追寻太阳系前期动力学不稳定的原因，是国内外学界十分关注的问题。

 

描绘太阳系巨行星演化当时最盛行的是Nice模型，该模型认为：轨迹不稳定产生在太阳系诞生数亿年之后，那时，原行星盘气体耗散，巨行星与外部的星子盘相互作用不断交换轨迹能量，终究使得行星摆脱共振束缚并引发动力学不稳定。

 

刘倍贝团队提出，能够用气体盘的耗散来解说行星轨迹的演化，这是从前模型没有考虑到的因素。“在气体盘演化的晚期，太阳辐射的高能光子直射行星盘，构成的强劲光压首先吹散了靠近太阳的气体，行星盘内部呈现了中空的结构。后续光压由内向外逐渐驱散盘中剩下气体，行星盘质量伴跟着盘内鸿沟向外扩张而减小，这个进程被称为行星盘的光致蒸腾。”刘倍贝说，这时太阳就比如一个巨型吹风机，不断“吹”走盘中的气体。

 

刘倍贝团队通过理论计算发现，因为内鸿沟处气体的快速耗散，行星在该处遭到向外的气体作用力，这与行星在盘的其他方位遭到向内的力截然不同。当气体盘内鸿沟由光致蒸腾向外扩张时，原本向内迁移的行星改动运动方向，随内鸿沟一起向外移动。

 

“这个进程就像打羽毛球，挥拍击打来球，羽毛球改动原有轨迹，反弹后跟着拍面一起向外运动。”刘倍贝说，巨行星因为质量不同，它们向外迁移的速度也不同，从而打破原轨迹共振态并引发了动力学不稳定。

 

“咱们的研究表明，该进程导致的动力学不稳定紧跟着气体盘耗散，在太阳系诞生后约五百万到一千万年间产生。有别于Nice模型，咱们的模型中巨行星轨迹不稳定产生的时刻更早。”刘倍贝说。

 

“咱们能从月球陨石坑的年纪找到新的佐证。”刘倍贝介绍，巨行星动力学不稳定会打破太阳系原有的安静，它们强大的引力扰动迫使周围小天体不断撞向其他行星和卫星，并在星体外表留下陨石坑。

 

刘倍贝说：“月球陨石坑有着广泛的年纪分布，小行星碰击事情随时刻天然衰减，这也与咱们团队提出的前期不稳定模型研究更自洽。”

 

此外，类地行星的轨迹也支撑刘倍贝团队的“反弹”模型。依据观测，原始地球构成于原行星盘阶段，在太阳系诞生后3000万至1亿年间终究长成。如果不稳定产生在地球彻底构成之前，巨行星轨迹动乱有概率触发大磕碰事情，诱发原始地球与一个火星巨细的天体相撞，逐渐构成现今的地月系统。

 

“而Nice模型所预期，不稳定产生在地球构成之后，地球就不能成为今日的地球。”刘倍贝说，“前期动力学不稳定更契合来自太阳系其他天体关于小行星碰击时刻的记载。新模型也能够更好地解说后续构成的类地行星的质量和轨迹构型，这些均为其有别于传统模型的优点。”

 

审稿人对这一研究评价称：“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分，文章新颖且意义严重。”刘倍贝表明，未来团队会进一步探求巨行星轨迹演化对地球构成及其水来源的影响等问题。