只要數百萬年就能誕生一個迷你地球,39光年外的小太陽系有點殘酷

核心提示:2014 MU 69雖然是一個柯伊伯帶小行星,但給我們的信息量卻絕不止於此,我們甚至可以用卵石吸積解釋2014 MU 69的形成,同時也可以解釋行星的形成,而39光年外的小太陽系,恰恰在這時候給與了肯定。

根據NASA對2014 MU 69的抵近觀測,高清照片顯示2014 MU 69的形成是來自兩個不同的天體。大約在45億年前,太陽系剛剛誕生後不久,形成的2014 MU 69兩個小天體就在距離太陽數十億公里的地方開始相互公轉,最終以大約每秒50釐米的速度進近併合並。2014 MU 69的雙葉造型在67P彗星上也有,這說明從距離太陽4億公里到66億公里的範圍都,都存在雙葉型小天體。它們的直徑並不大,2014 MU 69也只有31公里,兩個部分分別為19公里和14公里。對2014 MU 69採取近距離觀測是一件非常有意義的事件,再次激起了關於行星形成的新思路。

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尼斯模型存在侷限性

我們知道行星是太陽系誕生之後的“邊角料”,太陽形成之後周圍的氣體和塵埃盤到處遍佈著數十至上百公里的岩石塊,個別直徑可達到上千公里。開局就是一堆小岩石,如何形成行星?從2005年開始,自然期刊先後發表了三篇文章,四位科學家發現在太陽系氣體和塵埃盤消失之後,太陽系內出現了4顆巨行星,即木星、土星、海王星和天王星,同時在巨行星軌道外圍至35個天文單位處,分佈著數量更加密集的小岩石,這就是尼斯模型的雛形,但該理論直到今天仍然沒有全美解釋行星的形成。可以認為行星的形成是一個非常複雜的過程,比如John E. Chambers等人認為尼斯模型所提出的開局4顆巨行星胚胎也是個錯誤,軌道遷移才是形成今天太陽系局面的最佳機制。

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不論各家模型如何新描述,有一點仍然沒有涉足,這就是原行星的胚胎到底是如何形成的。2012年,Lambrechts等人似乎解決了這個問題,所提出了卵石吸積模型認為,行星核心需要有一個快速生長的機制,而讓塵埃、氣體、冰聚集形成一個上千公里級的行星胚胎無法在數百萬年的時間內完成。

卵石吸積模型的逆襲

卵石吸積模型可以解決這個問題,甚至可以認為卵石吸積模型開啟了尼斯模型的初級階段,因為那些上千公里的行星胚胎需要在100萬年至1000萬年內形成,否則的話塵埃盤解體之後就無法形成新的行星胚胎。在太陽系的塵埃盤消失之前,要形成一顆原始的木星,那麼需要聚集至少10倍地球質量。卵石模型的最佳解釋點在於可以在短時間內製造出行星。太陽系只留給行星們幾千萬年的時間,如果行星胚胎之間以碰撞、合併的機制形成行星,那麼這個過程無法在塵埃盤消失之前形成行星。卵石模型第二個優勢在於更小的岩石塊容易被星子所捕獲,質量偏大的行星胚胎會被彈開,而小塊岩石更易於行星胚胎吸積。

只要數百萬年就能誕生一個迷你地球,39光年外的小太陽系有點殘酷

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於是太陽系就變成了一個競技場,行星胚胎們開始不斷競爭,吸積小塊岩石,每次吸積都增加一點點的質量,在數百萬年的時間內可成長為數千公里迷你行星。卵石模型對天王星和海王星的解釋更加到位,為什麼天王星和海王星是冰巨星,而沒有形成木星這樣的氣態行星?這是因為木星和土星在形成的時候很快抵達到卵石吸積的飽和點,接著開始大量吸積氣體物質,而天王星和海王星還沒有達到卵石吸積的飽和點,而且它們的軌道距離太陽更遠,溫度更低,最終變成了冰巨星,而不是氣態行星。

39光年外的小太陽系有亮點

卵石模型的競爭機制從行星胚胎開始,最先出現的行星胚胎對今後演化為真正的行星有很大的幫助。由於卵石模型並非靠碰撞而合併,而是吸積而合併,行星胚胎之間就存在競爭機制。39光年外的小太陽系TRAPPIST-1就擁有7顆行星,而且都聚集在水星軌道之內。由於TRAPPIST-1主星是一顆超冷紅矮星,因此其雪線也更加靠內,7顆行星在TRAPPIST-1恆星的雪線附近形成胚胎,然後通過卵石吸積不斷成長,最終形成行星。

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不過有一點需要注意,諸如TRAPPIST-1系統內,最先形成行星胚胎的數量應該是大於7的,由於行星軌道遷移機制的存在,行星胚胎最終能否變成星系,除了看吸積速度之外,還要看軌道是否重疊。重疊的軌道可導致行星胚胎發生碰撞,相互碰撞的結果並非合併為一顆更大的行星,而是大難臨頭各自飛。比如地球在胚胎階段就發生一起碰撞事件,一顆火星大小的行星胚胎撞擊地球,結果這顆行星胚胎已經不見了,留下一個被重創的地球,這也是之後月球形成的原因。

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關於行星形成的機制,目前依然各說各的理,因為就憑太陽系內這幾顆行星的調查結果,我們很難以偏概全。隨著對系外行星的觀測不斷深入之後,我們就會發生行星形成的最終機制,比如根據TRAPPIST-1的7顆行星分佈,可以推測出雪線附近則是行星胚胎的競爭終點,行星一般都分佈與此。對於軌道過於遙遠的行星,應該不是一出生就出現在這條軌道上,而且在行星胚胎的競爭中被踢出去的。

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