木星是地球的「狙擊手」,而不是地球的防護盾

2021-01-09 肖珂旅遊

一些天文學家認為,木星並沒有保護地球免受危險的彗星和小行星的傷害,而是將它們拋向了我們太陽系的內部行星地球,現在,新的研究表明,這種複雜的過程確實存在。

一種流行的理論認為,木星的巨大質量在太空系統中扮演著巨大的盾牌的角色,吸走或轉移太陽系形成時遺留下來的危險碎片,這是有道理的,但是木星護盾理論在過去的二十年裡是臭名昭著、不受歡迎的。

這一理論的主要批評者凱文·格拉齊爾(Kevin Grazier)曾任職於美國西點軍校(和美國國家航空航天局(NASA),他花了數年時間試圖揭穿這一觀點,他已經發表了幾篇關於這個主題的研究論文,包括2008年的一篇論文《木星是狙擊手,不是盾牌》,事實上,在隨後的每一篇論文中,格拉澤都越來越多地表明,木星表面並不是我們的防護罩,事實上(儘管是間接的)對地球是一個有害的威脅。

格拉齊爾對這一課題的最新探索涉及兩篇相關論文,一篇於2018年發表在《天文學報》上,另一篇於2019年發表在《皇家天文學》雜誌上,第一篇論文研究了太陽系外天體受到木星、土星、海王星和天王星等行星影響的複雜方式,而第二篇論文則研究了一組特定的冰體,以及它們是如何從木星變成可能致命的彗星的,從這兩篇論文的發現來看,木星護盾理論似乎處於嚴重的危險之中。

「實際上,我不會說它有危險——我會說它已經擱置了,」格拉齊爾在一封電子郵件中告訴我們,「我們的模擬顯示,木星向地球發射彗星的可能性和使彗星偏轉的可能性一樣大,我們在太陽系就看到了這一點。」

需要說明的是,在地球年輕的時候,這是件好事,因為彗星和小行星為生命提供了必要的成分,然而,今天,這些影響肯定不是一件好事,因為它們可能引發大規模滅絕,就像大約6600萬年前非鳥類恐龍的滅絕一樣。

格拉齊爾的論文提出了新的模型,這些模型展示了複雜的天體過程,這些過程需要將遙遠的天體轉化為局部的威脅,格拉齊爾與美國國家航空航天局噴氣推進實驗室和南昆士蘭大學的合作者合作,展示了木星如何影響分散盤內的物體,包括海王星許多小行星的柯伊伯帶環,它們還展示了半人馬座——一組位於木星和海王星之外軌道上的冰狀天體——是如何被木星轉變成可能威脅地球的彗星的,尤其是一系列被稱為木星族彗星的天體。

通過模擬,研究人員發現「半人馬座、木星族彗星和散射盤的軌道在木星的引力作用下演化,並在它們的生命周期中在行星之間移動多次,」」格拉澤說。

研究人員使用噴氣推進實驗室工具來模擬木星行星在任何給定時間點的位置,然後,這些行星之間的空隙被放置在隨機軌道上的粒子「接種」,這些粒子被稱為冰體,該模型通過計算這些數字來預測行星和粒子在很長一段時間內沿軌道的位置,模擬可以在固定的時間間隔產生結果,但它也可以在發生強烈影響粒子軌跡時產生結果。

該模型證實了長期以來的假設,即半人馬座是由分散的圓盤提供能量的,木星在這個過程中發揮了作用,更糟糕的是,該模型還顯示了木星家族彗星(JFCs)是如何誕生的。

「這項研究與行星動力學、計算機科學或數據科學一樣重要,」「在我們的模擬中,大部分成為JFC的物體首先被木星捕獲,進入所謂的臨時捕獲軌道,或TSC——繞木星運行幾次,然後離開木星,通常是在完全不同的軌道上,我們知道TSC會發生,P / 111 Helin-Roman-Crockett彗星在20世紀70年代和80年代繞木星軌道運行了11年,將在21世紀70年代再次被捕獲,這些事件的出口幾何決定了一個物體是否在JFC軌道上。」

J已經知道JFC實際存在,1767年,一個名為D / 1770 L1 Lexell的天體接近木星,導致它遷移到一個穿過地球的軌道上,因此成為第一個已知的木星族彗星,「我們已經知道木星會將太陽系外的物體轉換成JFCs,但我們還沒有一個精確的模型來解釋它是如何工作的,」格拉齊爾說。

至於木星,甚至土星仍然扮演著保護罩的角色,格拉齊爾說這仍然是正確的,但這些氣態巨行星主要是保護地球免受中間物體的傷害,至於在太陽系之外發現的物體,情況就不一樣了,兩項研究的合著者瓊蒂·霍納在給我們的電子郵件中說,木星起著雙重作用。

「它可以清除威脅地球的物體,清理我們星球周圍的空間。所以從這個意義上說,它就像一個盾牌。」南昆士蘭大學的天文學家霍納說。「但從另一方面來說,它把我們地球附近無法觸及的物體帶了出來,並向我們飛來,這意味著它也是一種威脅。」為了弄清楚哪一方更重要,你需要了解故事的細節。」

有趣的是,模擬還預測了來自其他行星家族的彗星的存在。

「我們的工作強調的一個有趣的事情是,土星,以及較小的天王星和海王星,也有它們自己的彗星家族,但比木星控制的彗星家族小得多。」霍納說:「雖然我們的工作似乎是在預測我們尚未看到的東西,但事實上,我們的工作是在支持和解釋我們已經看到的東西。」木星家族的彗星已經存在很長時間了,人們一直認為木星會把它們拋向內部,並控制它們的軌道。」

令人不安的是,這仍是一個持續的過程,半人馬不斷被散布在星盤周圍的碎片補充,所以,正如作者在2019年的論文中所說,JFCS「是一個永遠存在的威脅」。

「我們已經知道地球處於宇宙的十字線中。」「有數百個潛在危險的近地天體,」格拉齊爾說,我認為我們現在需要更多地關注木星周圍發生的事情」

令人興奮的是,美國宇航局正在考慮一項任務,利用半人馬座和奇美拉兩艘飛船近距離研究木星的半人馬的任務,如果獲得批准,這些任務可以讓我們更多地了解太陽系的起源,但或許更重要的是,它們可以讓我們更多地了解這些物體對地球構成威脅的方式。

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