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“宇宙閘門”的終極奧義:空曠空間阻止系內外物質混合

2020-01-17 10:53:04  來源:新浪科技

北京時間1月16日消息,據國外媒體報道,與太陽系以外的氣態巨行星相比,離太陽最近的巖態行星由非常不同的物質組成。這可能是因為在數十億年前,太陽系曾被一道“宇宙閘門”一分為二,正是這道閘門阻止了太陽系內外的物質混合。

根據一項新的研究,這道“閘門”其實是一圈塵埃和氣體,更像是一圈圍欄,研究作者將其稱為“大分水嶺”(Great Divide)?,F在,這道閘門位于木星軌道之內,基本上是空曠的空間。

大約20年前,化學家們意識到,根據行星與太陽的距離不同,其基礎組成部分——微行星或更小的太空巖石——的成分差別很大。構成外圍類木行星的微行星中,有機分子(如含碳揮發物,或冰和氣體)的濃度高于構成類地行星(如更接近太陽的地球和火星)的微行星。然而,這一現象很令人費解,因為在理論預測中,由于所謂的“氣體阻力”,即年輕太陽周圍氣體的引力,來自太陽系外部的微行星應該會向太陽系內部螺旋運動。

在這項新研究之前,科學家認為“阻止初生太陽系內、外盤混合的引力墻是木星”。具體來說,由于木星如此之大,其引力如此之強,以至于在微行星到達太陽系內部之前,就被木星所吞噬,為了驗證這一理論,研究者進行了計算機模擬,重現了早期太陽系及其中行星的增長過程。

模擬結果顯示,木星的增長速度還不夠快,不足以阻止所有富含碳的微行星進入太陽系內部。事實上,大部分來自太陽系外圍的微行星都直接越過了正在成長的木星。木星是一個非常低效的“看門人” ,這就像一個多孔的邊界,來自外太陽系的物質會通過這個邊界涌入內太陽系,木星本身可能會讓許多微行星通過,意味著太陽系內外的行星可能會有相似的成分。

于是,科學家提出了一種新的理論:在太陽系的早期,可能存在一個或多個環狀結構,由圍繞太陽的高、低壓氣體和塵埃交替組成。這些環會阻止微行星向太陽系內側移動。這一假設的基礎是智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列(ALMA)的觀測結果:大約五分之二的年輕恒星周圍都有類似牛眼的圓盤。

這些高壓圓盤可能已經捕獲了大量塵埃,并使其聚集成不同的結構,比如有的可能形成了木星和土星,有的則形成地球和火星。莫吉茲西斯表示,其中某個圓盤可能阻止了外部微行星向太陽系內側移動,從而形成“大分水嶺”。即便如此,這個圓環也沒有完全密封,使含碳的太空巖石進入太陽系內部,為地球上生命的出現提供種子。

不過,盡管作者的工作對以往的觀點——木星的增長使太陽系內側和外側的固體物質分開——提出了挑戰,但他們并沒有給出同樣詳細的環模型,這個環模型需要演示微行星是如何被捕獲的,以及這些被捕獲的微行星如何成長為行星。在此之前,相比其他可能的解釋,這個環模型并沒有非常強的說服力。這項新研究的結果發表在1月13日的《自然-天文學》(Nature Astronomy)雜志上。(任天)

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