起初,太陽系不過是一團塵埃和氣體。然後寒冷的溫度導致雲的中心坍縮,形成了太陽。
新生的恆星被核聚變照亮,發出光和熱進入旋轉的環繞恆星盤。不久,這些物質結合成氣體行星、冰巨行星和巖石世界,形成了我們今天所知的太陽系。
多年來,小行星被認為是行星形成的殘餘物——大塊的物質從來沒有達到行星的大小,它們被吸引到火星和木星之間環繞太陽的布滿巖石殘餘物的地帶。
但是根據7月2號發表在《自然天文學》雜誌上的一項研究,這些曾經也是行星世界的碎片。
科學家們說,在小行星帶內的50萬顆星體中,絕大多數實際上可能是五塊被稱為「星子」的母星體的碎片。
但這些失落的世界的糾纏軌道意味著它們註定要碰撞,產生的碎片也會碰撞,在持續了40多億年的災難性瀑布中產生更多的碎片。
美國西南研究院(Southwest Research Institute)的行星科學家凱薩琳·克雷克(Katherine Kretke)說,這一發現不僅揭示了小行星帶的「奧秘」。
它也有助於解決關於八顆行星的形成的爭論——包括地球。
她說:「我發現,我們能及時回顧過去,並有可能看到建造我們太陽系的建築材料的證據,這真是令人興奮。」
「如果我們能把時間倒轉,看到小行星帶是由這些大型行星構成的,這就真的告訴了我們一些關於形成我們自己行星的確切情況。」
這項研究的主要作者,佛羅裡達大學的天文學家斯坦利·德莫特,沒有必要去探索太陽系形成的奧秘。
他和他的同事們正在研究小行星帶內天體的動力學數據,希望能弄清楚是什麼讓一個物體離開小行星帶,並有可能飛向地球。(對於那些擔心小行星碰撞的人,請放心,德莫特仍在研究這個問題。)
但當德莫特開始研究近地天體的資料庫時,他注意到許多大型小行星的奇怪之處:它們的軌道相對於太陽系其他部分的平面傾斜或傾斜。
德莫特說:「我們想不出有什麼力量能夠產生這樣的分布。」
另一方面,「如果一顆大小行星被撞碎,它的傾斜度很高,那麼這些碎片的傾斜度也一樣。」
科學家們之前已經知道,大約一半的內帶小行星屬於五個「家族」。但德莫特和他的同事說,他們的分析顯示,這個數字高達85%。
SWRI的行星科學家David Nesvorny沒有參與Dermott的研究。被認為屬於同一家族的小行星往往以星系團的形式運行,並具有類似的化學成分。
內斯沃尼說,小行星實際上是較大天體的碎片,這一觀點有一個重要的(如果明顯的話)含義:「這意味著小行星天生就是大的。」
這一發現可能有助於解決多年來困擾科學家的行星形成問題。
根據太陽系起源的傳統故事,行星是由吸積作用慢慢形成的,就像環繞恆星的圓盤上的顆粒聚集在一起,形成巨大的卵石,然後是稍微大一點的球體,直到它們達到現在的大小。
但是當科學家試圖用計算機模型重新創造這個故事時,它就崩潰了。
這些初生的行星不是生長,而是在達到卵石大小後逐漸分裂。這一過程怎麼可能導致小行星帶中那些大小的天體,更不用說整個行星了?
輸入「天生大」的假設。
Nesvorny和其他許多人現在認為,重力一旦開始,就會在環繞恆星的圓盤到達卵石階段,迅速將大量的物質聚集在一起形成一個巨大的新行星。
在太陽系內部,這產生了小型的巖石行星,如地球;離太陽更遠的地方,我們發現了氣態巨星。
但在火星和木星之間的空間裡,太陽系最大的行星的巨大引力可能使它很難長出一個大物體,Nesvorny說。
出現的較小的天體,可能只有地球等行星的十分之一大小,不可能在隨後的混亂和碰撞中倖存下來;它們分裂形成了我們今天所知道的小行星帶。
關於這個理論還有一些疑問。史密森國家自然歷史博物館的地質學家蒂姆·麥考伊(Tim McCoy)指出,大多數落到地球上的隕石看起來都不像是來自大型的母體。
Kretke建議說,如果有幾十個母體,而不是只有5個,那麼這個理論可能會更好。
與此同時,Nesvorny注意到,內帶僅是所有小行星的十分之一——他希望將分析應用到小行星帶的其他部分。
德莫特說,他和他的同事計劃下一步解決這個問題。
他補充說,有一天,這項研究可以應用到其他的太陽系。天文學家已經發現了維加和北落師門附近的小行星帶的證據,這些恆星距離地球只有幾十光年。
德莫特說:「這是我們人生的下一大步。」
「整個行星的形成和演化過程,以及『我們需要什麼才能在其他地方形成一個類地行星』的問題?」「這是我們終於可以有意義地討論的問題。」
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