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太阳系的“宇宙闸门”:空旷空间阻止系内外物质混合
新浪科技2020-01-16 09:09:495阅
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智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)捕捉到了这张圆盘的图片,它围绕着一颗距地球约450光年的年轻恒星形成。有科学家提出,在太阳系早期,类似的圆盘可能已经在太阳周围形成,为不同类型行星的形成奠定了基

新浪科技讯 北京时间1月16日消息,据国外媒体报道,与太阳系以外的气态巨行星相比,离太阳最近的岩态行星由非常不同的物质组成。这可能是因为在数十亿年前,太阳系曾被一道“宇宙闸门”一分为二,正是这道闸门阻止了太阳系内外的物质混合。

根据一项新的研究,这道“闸门”其实是一圈尘埃和气体,更像是一圈围栏,研究作者将其称为“大分水岭”(Great Divide)。现在,这道闸门位于木星轨道之内,基本上是空旷的空间。

大约20年前,化学家们意识到,根据行星与太阳的距离不同,其基础组成部分——微行星或更小的太空岩石——的成分差别很大。构成外围类木行星的微行星中,有机分子(如含碳挥发物,或冰和气体)的浓度高于构成类地行星(如更接近太阳的地球和火星)的微行星。然而,这一现象很令人费解,因为在理论预测中,由于所谓的“气体阻力”,即年轻太阳周围气体的引力,来自太阳系外部的微行星应该会向太阳系内部螺旋运动。

在这项新研究之前,科学家认为“阻止初生太阳系内、外盘混合的引力墙是木星”。具体来说,由于木星如此之大,其引力如此之强,以至于在微行星到达太阳系内部之前,就被木星所吞噬,为了验证这一理论,研究者进行了计算机模拟,重现了早期太阳系及其中行星的增长过程。

模拟结果显示,木星的增长速度还不够快,不足以阻止所有富含碳的微行星进入太阳系内部。事实上,大部分来自太阳系外围的微行星都直接越过了正在成长的木星。木星是一个非常低效的“看门人” ,这就像一个多孔的边界,来自外太阳系的物质会通过这个边界涌入内太阳系,木星本身可能会让许多微行星通过,意味着太阳系内外的行星可能会有相似的成分。

于是,科学家提出了一种新的理论:在太阳系的早期,可能存在一个或多个环状结构,由围绕太阳的高、低压气体和尘埃交替组成。这些环会阻止微行星向太阳系内侧移动。这一假设的基础是智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列(ALMA)的观测结果:大约五分之二的年轻恒星周围都有类似牛眼的圆盘。

这些高压圆盘可能已经捕获了大量尘埃,并使其聚集成不同的结构,比如有的可能形成了木星和土星,有的则形成地球和火星。莫吉兹西斯表示,其中某个圆盘可能阻止了外部微行星向太阳系内侧移动,从而形成“大分水岭”。即便如此,这个圆环也没有完全密封,使含碳的太空岩石进入太阳系内部,为地球上生命的出现提供种子。

不过,尽管作者的工作对以往的观点——木星的增长使太阳系内侧和外侧的固体物质分开——提出了挑战,但他们并没有给出同样详细的环模型,这个环模型需要演示微行星是如何被捕获的,以及这些被捕获的微行星如何成长为行星。在此之前,相比其他可能的解释,这个环模型并没有非常强的说服力。这项新研究的结果发表在1月13日的《自然-天文学》(Nature Astronomy)杂志上。(任天)

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