太陽系發現“宇宙閘門”:空曠空間阻止系內外物質混合

科技動態 2020-01-16 10:30166未知admin

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。

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