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只要数百万年就能诞生一个迷你地球,上帝就靠

发布时间:2019-11-27 23:06编辑:科技知识浏览(163)

    39光年外的小太阳系有亮点

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    不论各家模型如何新描述,有一点仍然没有涉足,这就是原行星的胚胎到底是如何形成的。2012年,Lambrechts等人似乎解决了这个问题,所提出了卵石吸积模型认为,行星核心需要有一个快速生长的机制,而让尘埃、气体、冰聚集形成一个上千公里级的行星胚胎无法在数百万年的时间内完成。

    卵石吸积模型可以解决这个问题,甚至可以认为卵石吸积模型开启了尼斯模型的初级阶段,因为那些上千公里的行星胚胎需要在100万年至1000万年内形成,否则的话尘埃盘解体之后就无法形成新的行星胚胎。在太阳系的尘埃盘消失之前,要形成一颗原始的木星,那么需要聚集至少10倍地球质量。卵石模型的最佳解释点在于可以在短时间内制造出行星。太阳系只留给行星们几千万年的时间,如果行星胚胎之间以碰撞、合并的机制形成行星,那么这个过程无法在尘埃盘消失之前形成行星。卵石模型第二个优势在于更小的岩石块容易被星子所捕获,质量偏大的行星胚胎会被弹开,而小块岩石更易于行星胚胎吸积。

    不过有一点需要注意,诸如TRAPPIST-1系统内,最先形成行星胚胎的数量应该是大于7的,由于行星轨道迁移机制的存在,行星胚胎最终能否变成星系,除了看吸积速度之外,还要看轨道是否重叠。重叠的轨道可导致行星胚胎发生碰撞,相互碰撞的结果并非合并为一颗更大的行星,而是大难临头各自飞。比如地球在胚胎阶段就发生一起碰撞事件,一颗火星大小的行星胚胎撞击地球,结果这颗行星胚胎已经不见了,留下一个被重创的地球,这也是之后月球形成的原因。

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    卵石模型的竞争机制从行星胚胎开始,最先出现的行星胚胎对今后演化为真正的行星有很大的帮助。由于卵石模型并非靠碰撞而合并,而是吸积而合并,行星胚胎之间就存在竞争机制。39光年外的小太阳系TRAPPIST-1就拥有7颗行星,而且都聚集在水星轨道之内。由于TRAPPIST-1主星是一颗超冷红矮星,因此其雪线也更加靠内,7颗行星在TRAPPIST-1恒星的雪线附近形成胚胎,然后通过卵石吸积不断成长,最终形成行星。

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    卵石吸积模型的逆袭

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    关于行星形成的机制,目前依然各说各的理,因为就凭太阳系内这几颗行星的调查结果,我们很难以偏概全。随着对系外行星的观测不断深入之后,我们就会发生行星形成的最终机制,比如根据TRAPPIST-1的7颗行星分布,可以推测出雪线附近则是行星胚胎的竞争终点,行星一般都分布与此。对于轨道过于遥远的行星,应该不是一出生就出现在这条轨道上,而且在行星胚胎的竞争中被踢出去的。​​​

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    根据NASA对2014 MU 69的抵近观测,高清照片显示2014 MU 69的形成是来自两个不同的天体。大约在45亿年前,太阳系刚刚诞生后不久,形成的2014 MU 69两个小天体就在距离太阳数十亿公里的地方开始相互公转,最终以大约每秒50厘米的速度进近并合并。2014 MU 69的双叶造型在67P彗星上也有,这说明从距离太阳4亿公里到66亿公里的范围都,都存在双叶型小天体。它们的直径并不大,2014 MU 69也只有31公里,两个部分分别为19公里和14公里。对2014 MU 69采取近距离观测是一件非常有意义的事件,再次激起了关于行星形成的新思路。

    尼斯模型存在局限性

    我们知道行星是太阳系诞生之后的“边角料”,太阳形成之后周围的气体和尘埃盘到处遍布着数十至上百公里的岩石块,个别直径可达到上千公里。开局就是一堆小岩石,如何形成行星?从2005年开始,自然期刊先后发表了三篇文章,四位科学家发现在太阳系气体和尘埃盘消失之后,太阳系内出现了4颗巨行星,即木星、土星、海王星和天王星,同时在巨行星轨道外围至35个天文单位处,分布着数量更加密集的小岩石,这就是尼斯模型的雏形,但该理论直到今天仍然没有全美解释行星的形成。可以认为行星的形成是一个非常复杂的过程,比如John E. Chambers等人认为尼斯模型所提出的开局4颗巨行星胚胎也是个错误,轨道迁移才是形成今天太阳系局面的最佳机制。

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    于是太阳系就变成了一个竞技场,行星胚胎们开始不断竞争,吸积小块岩石,每次吸积都增加一点点的质量,在数百万年的时间内可成长为数千公里迷你行星。卵石模型对天王星和海王星的解释更加到位,为什么天王星和海王星是冰巨星,而没有形成木星这样的气态行星?这是因为木星和土星在形成的时候很快抵达到卵石吸积的饱和点,接着开始大量吸积气体物质,而天王星和海王星还没有达到卵石吸积的饱和点,而且它们的轨道距离太阳更远,温度更低,最终变成了冰巨星,而不是气态行星。

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