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众发娱乐是否合法 - 地球始于一颗鹅卵石?行星形成有了新理论,还能解释其它宇宙谜题

发布时间:2020-01-11 09:15:26 阅读量:2602 来源:庞庵资讯  

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众发娱乐是否合法,在太阳系形成的早期,要生成一颗行星,最快的途径可能是一堆小型天体的堆砌,而不是大型天体的结合。

大约45亿年前,太阳系还是一个幼儿园,其中满是蹒跚学步的幼年行星。

太阳系诞生后,一些气体与尘埃残留下来,形成原行星盘,在初生的太阳周围旋转,其中点缀着各种岩质天体,有直径在1到100公里之间的微行星,也有直径约1000公里的原行星。这情景,就仿佛把一群孩子圈在一处,他们的个头还大小不一。

艺术想象图:原行星盘包围下的一颗恒星

跟任何幼儿园一样,这是个闹哄哄的地方。微行星呼啸而过,时不时跟其他微行星“撞车”。在“事故现场”旁边,尘埃与岩石碎片飞驰而过。几百万年之后,这场喧嚣终于平息,今日所见的太阳系行星中,大部分行星开始亮相。

科学家曾以为,行星之所以形成,是缘于微行星的碰撞融合,就好像一把把的橡皮泥被捏到一起。但这样的过程耗时过长。最近,天文学家又提出一种新的假设来解释幼年行星的成长历程。

计算机模拟显示,在原行星盘中,碎石会主动飞向原行星,一转眼,就使它成长为羽翼丰满的行星——就仿佛小孩突然之间长肉、长个,变成大人。

这被称为“碎石吸积”理论,它正在重塑科学家对早期太阳系的想象。它也开启了新的研究方向,比如探究除太阳以外,其他恒星的行星是如何形成的。“这样形成天体既快又简单。”该理论的提出者之一、瑞典隆德大学天文学家米希尔·兰布莱希茨(michiel lambrechts)说,“碎石吸积理论解答了很多问题。”

其中最主要的就是时间问题。模型显示,随着气体逐渐蒸发,尘埃被早期太阳的引力场收走,原行星盘会逐渐消散,这个过程耗时100万年至1000万年之间。在其消散以前,最大的几颗行星,比如木星和土星,已经通过某种方式拥有了质量相当于十个地球的行星核。这个过程要是靠微行星,所需时间就太长了,因为微行星遇到幼年行星时,通常会与之擦肩而过,不会被其重力俘获。

碎石吸积:一颗碎石从原行星天体旁掠过,在进入原行星引力范围(虚线所示范围)时,受到周围气体的摩擦并减速,从而被原行星的引力所俘获,以螺旋轨道落向天体。比碎石更大的微行星则会与之擦肩而过。久而久之,大量碎石与原行星融为一体,使之迅速壮大。

另一方面,碎石很容易被原行星的重力捕获,这样只需吸积100万年左右,行星就能形成。已知这种碎石是存在的,因为天文学家曾在一些幼年恒星的周围,观测到绕行的碎石。射电望远镜(比如美国新墨西哥州的甚大阵望远镜)通过测量碎石的无线电波长,得知了原行星盘中碎石的大小。这些原行星盘中通常含有大量碎石——有的质量相当于地球的数百倍——它们缓缓向恒星漂去。

这些碎石由更小的尘埃碰撞融合而成。“原行星盘中,大部分尘埃都变成了碎石。”碎石吸积理论的另一位提出者、隆德大学天文学家安德斯·乔汉森(anders johansen)说。他将原行星盘称为“碎石工厂”。

2010年前后,乔汉森和兰布莱希茨开始好奇:这些碎石是否跟行星形成有关。他们展开了一系列计算,看碎石跟原行星盘中其他更大的碎片之间,可能会产生怎样的互动。他们意外地发现,这些碎石可以迅速吸积到原行星上。

关键在于摩擦。设想有一颗直径100公里的原行星,一连串碎石从旁掠过,并在气体的摩擦下,不断减速,最终被原行星的引力场捕获,以螺旋轨道,坠向它的表面。每一次撞击都为原行星增加一点点质量——次数一多,原行星的直径很快增长到1000公里。“从很多方面看,碎石吸积都是天体增加质量的最高效方式。”兰布莱希茨说。

如果某个原行星盘中一半是微行星,一半是碎石,那么,碎石吸积的效率将是微行星结合的1000倍,兰布莱希茨说。

碎石吸积理论有助于解释太阳系的多个特征。

比如,美国宇航局(nasa)的“朱诺号”飞船正在绕木星飞行,它发现,这颗气体巨行星的行星核比科学家预期的更大、更弥散。这可能意味着碎石吸积在发挥作用,乔汉森说——要在原行星盘消散以前,及时形成如此巨大的行星核,碎石吸积是唯一途径。

对于久未解开的天王星和海王星形成之谜,碎石吸积理论也带来了启发。这两颗冰巨行星很令人不解:一开始,它们的行星核都不小,但后来并没有像木星和土星一样,被大量气体包裹起来。可能的解释是,幼年木星和幼年土星后来达到了“碎石孤立质量”,周围气体产生冲击压,将所有迫近的碎石推出。一旦停止吸积碎石,木星和土星就开始聚集气体。而天王星和海王星从未达到碎石孤立质量(轨道距离越大,对应的碎石孤立质量越高),于是变成了冰巨行星,而不是气体巨行星。

冻结中萌芽:原行星也许能靠碎石不断壮大,但它们本身又是如何形成的呢?一种猜想是,这些行星种子形成于“冻结线”(恒星周围,液态水开始冻结的界限)外不远处。在冰雪覆盖下,尘土颗粒密度增加,凝聚起来的团块比在液态水区域更大,移动速度也更快。这导致冰碎石在冻结线外不远处堆积,这些团块可能就成了行星的种子。

在太阳系之外,碎石吸积理论也解释了一些谜团,比如在距恒星很远处,大型行星是如何形成的。以飞马座的年轻恒星hr 8799为例,它距地球约129光年,拥有四颗体积比木星还大的行星,这些行星与hr 8799之间的距离是日地距离的68倍(相比之下,木星与太阳的距离是日地距离的五倍左右)。乔汉森和兰布莱希茨的计算机模拟显示,就算与恒星距离再远,这些行星也有可能启动碎石吸积,变得越来越大,并不断靠近恒星,直至进入当前轨道。在原行星盘存在的时间跨度内,这整个过程都可以上演一遍。而旧的假设下就不行了,因为在那么远的地方,微行星的数量根本不够,无法形成高效的吸积。

一个很大的问题仍有待解答:原行星又是从哪儿来的?一种可能的答案是冻结线——恒星周围,液态水开始冻结的界限。

在那里,尘埃和碎石由湿变干,物理性质出现变化。它们开始“抱团”。不同于原行星盘中其他部分,它们在这里可以大块凝聚,充当原行星的种子,吸积其他碎石。

因此,冻结线成了最早一批原行星诞生的最佳地点,苏黎世大学天体物理学家乔安娜·德拉科斯卡(joanna drążkowska)说。这些最早的原行星一经成形,就会开始吞噬原行星盘中的碎石。

这一场景有可能就发生在宝瓶座。宝瓶座有最知名的行星系统之一,七个地球般大小的行星绕着恒星trappist-1转动,距地球39光年。最近,阿姆斯特丹大学天文学家克里斯·奥梅尔(chris ormel)和同事们计算得出,原行星在恒星周围的冻结线处开始成形,继而通过碎石吸积,迅速成长起来。到了和地球差不多大小的时候,由于引力与周围原行星盘的作用,吸积过程戛然而止。“经典理论很难解释这一系统。”奥梅尔说——但碎石吸积理论可以。

随着天文学家发现的恒星和行星越来越多,碎石吸积理论将有助于他们理解各种行星的演化过程,兰布莱希茨说。“有了碎石吸积理论,与行星形成有关的一切都变得活跃起来。”

翻译:雁行

校对:其奇

编辑:漫倩

来源:the atlantic

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