美发现:早期太阳系的大部分行星都神秘失踪(组图)

　　现代类地行星可能是木星扫荡内太阳系，并把第五颗巨行星和许多远古类地行星甩出太阳系后才出现的。

　　“每晚的星辰都是相似的。星云和星系永远都是那么晦涩不清，几万甚至几百万年都不会改变一下。只有太阳、月球和行星，以及偶然光临的彗星、小行星和流星，才看上去充满活力。”——Seth Shostak

　　如果我们想创造一个太阳系，想创造一个拥有中央恒星、岩石行星和气体巨行星的天体系统，只要让一团分子气体云冷却到足够低的温度，并将它的密度提高到足以使其在自身引力的作用下坍缩。只要生产这些物质的上一代恒星拥有足够多的重元素，只要孕育新生恒星的星团物质足够集中，我们就拥有了创造一个丰富多彩的恒星系统所需的全部材料。

　　聚集起来的物质会向中央汇拢，然后像摊大饼一样，在四周形成一个圆形的物质盘。物质盘的中央将出现这个天体系统中质量最大的天体——通常是一颗恒星——外侧则会出现形形色色的气体巨行星、岩石行星、小行星、彗星和卫星。

　　这是一种比较简单的理论设想，也得到了所有人的认可。但是细节如何却又千差万别，因为行星诞生后不会一直老老实实地呆在原来的位置。年轻的太阳系是躁动不安的，行星间存在着各种引力互动，横飞的物质相互合并，甚至整个行星都会被甩出太阳系!

　　十年前，随着一系列与太阳系形成有关的论文发表，三个不同的科研小组都得出结论说，太阳系的巨行星是首先形成的，并且作过大范围的轨道迁徙。木星曾经进入过内太阳系，横扫了小行星带的大部分物质。天王星和海王星可能交换过位置，木星和土星最终被外行星的引力拉到了现在的地方。这个就是所谓的“尼斯模型”（以法国城市尼斯命名），它风靡一时，成为排名第一的太阳系形成理论，直到前不久。

　　2011 年，科学家意识到，当今太阳系外围行星的布局和行为令人费解，除非太阳系内曾经存在过另一颗巨行星，一颗已经被木星或土星的引力甩出太阳系的行星。最新的模拟结果显示，如果木星和土星的卫星确如它们的成份指出的那样，是和木星和土星同步形成的，那么几乎可以确定这个罪魁祸首是木星。因为如果发生过那样的事，只有木星最外侧的大卫星木卫四能够留在木星轨道上，土星的大卫星土卫八会被甩出。博士生Ryan Cloutier这样说：

　　“最终，我们发现木星有能力把第五颗气体巨行星甩出太阳系，同时把一颗卫星留在今天木卫四的轨道上。而另一方面，土星却无法做到这一点，因为土卫八会变得十分不稳定，导致的结果很难符合它今天的轨道。”

　　即使有第五个气体巨行星，尼斯模型只需作些修改，也是成立的：木星向内太阳系迁徙，清扫了大部分碎片，并把岩石行星带往离太阳更远的地方。木星穿越小行星带，使水星、金星、地球和火星遭受了晚期陨石大轰炸。

　　但要理解这一点，我们不能只看今天的太阳系;我们在今天的太阳系中看到的只是幸存者。我们必须回到模拟中，分析是什么条件促成了外行星布局，它们又会给内行星带来什么样的影响。

　　Kevin J. Walsh / Alessandro Morbidelli / Sean N. Raymond / David P. O’Brien / Avi M. Mandell

　　Nathan A. Kaib和John E. Chambers在最新发表的论文中所做的，就是这个事。而分析结果给尼斯模型带来的，几乎是致命一击：

　　外行星到内太阳系转一圈后，内行星的数量有85%的概率会少于4个。

　　如果内行星的数量是4个，那么它们的轨道偏心率和倾角会和今天的实际情况差很多。

　　如果我们想同时调整内行星和外行星来建立正确的布局，成功的概率小于1%。

　　换句话说，即便只有一颗外行星——即便就是木星——曾经向内太阳系迁徙，内太阳系岩石行星的数量也达不到我们今天所见的4个。类地行星非常脆弱，因此几乎可以肯定会被甩出太阳系，特别是水星和火星这样的天体。

　　最新的研究表明，尼斯模型中唯一值得肯定的是它让我们了解了外行星，也就是气体巨行星是如何获得今天这样的布局的;而它的内行星理论多半有问题。大部分岩石行星很可能是在巨行星离开内太阳系后才形成的。正如Kaib和Chambers所说：

　　“这提升了木星在类地行星形成前扫荡内太阳系的可能。巨行星的不稳定不是“晚期大轰炸”的根源，类地行星是在巨行星完成当前布局后才出现的。”

　　这就导致我们能够得出这样一个不可思议的结论：早期太阳系不仅可能存在过五个甚至六个气体巨行星，甚至有过更多的内行星和类地行星。我们今天看到的内行星中有些是幸存者，有些是后来才出现的。我们丢失了早期太阳系的大部分成员。