太陽系早期的星球大戰(zhàn)

北辰

太陽身邊 丟失了一個大行星

太陽的起源是一個眾說紛紜的問題。比較普遍的說法是，大約在46億年前，太陽系所在的區(qū)域存在著一大片由氫元素構(gòu)成的星云，也就是氣體塵埃。這些塵埃云發(fā)生凝聚，形成了最早的太陽。也許是塵埃自然流動引發(fā)，也許是附近的超新星爆發(fā)引起，總之，塵埃聚集的原因也是眾說紛紜。

但是太陽系的起源是一個早有定論的事情。在幼年，太陽周圍有一些太陽形成后殘留下來的塵埃，它們環(huán)繞著太陽形成一個巨大的圓環(huán)。后來圓環(huán)中的一些揮發(fā)性物質(zhì)變成了氣體，只留下堅硬的巖石，成為較小的行星。另一些揮發(fā)性的氣體，在更遠的地方變成了冰冷的物質(zhì)，它們組成了體積較大的木星、土星、海王星和天王星，其中木星成為巨無霸。

這種說法由來已久，但是人們發(fā)現(xiàn)這種說法存在的矛盾越來越多。天文學(xué)家在計算機上演示恒星以及行星的誕生時，發(fā)現(xiàn)在火星的位置缺乏一顆大的行星，它的質(zhì)量有可能超過地球十幾倍，但是現(xiàn)實是這里僅有一顆質(zhì)量相當(dāng)于地球質(zhì)量11%的可憐的火星。不僅火星小，就連它的鄰居——地球的質(zhì)量也很小。它倆合在一起的質(zhì)量還不到演示中應(yīng)該出現(xiàn)的那顆行星的十分之一。這兩個小個子的存在不符合演化模型，這里似乎丟失了很多的質(zhì)量。

尋找日外行星的研究者也提出了同樣的疑惑，他們在很多太陽系以外的恒星身邊，都可以找到質(zhì)量較大的行星，包括被稱為超級地球的巖石行星，還有像木星這樣的類木行星。但是，太陽系就是這么奇怪，它的身邊沒有大行星，只有水星、金星、地球和火星這四個小家伙，而較大的行星都在太陽系的外側(cè)。

“調(diào)皮搗蛋”的木星和土星

現(xiàn)在天文學(xué)家普遍認為，太陽系形成之初并不是如今這個樣子，之后發(fā)生變化的重要因素，就是木星和土星的 “調(diào)皮搗蛋”。拿木星來說，它是在3.5個天文單位的地方形成的（一個天文單位，是地球到太陽的距離），形成之后卻沒有閑著，而是一圈又一圈地邁著螺旋舞步靠向太陽，軌道直徑不斷變小，最后來到距離太陽1.5個天文單位的地方。沒有停留太久，它又向外界擴張，環(huán)繞太陽運行的軌道又一圈比一圈大，最后來到了現(xiàn)在距太陽5.2個天文單位的地方。

木星不是自己在行動，跟它一道的還有巨無霸土星。土星也不是在現(xiàn)在這個地方形成的，它可能是在木星外側(cè)4.5個天文單位的地方形成的。之后它也經(jīng)歷了一次靠近太陽又遠離太陽的運動，期間它沒有“超車”，始終隨木星而動。最終走到如今距離太陽9.5個天文單位的地方。

土星和木星是啥時候來到現(xiàn)在這個地方的還說不清楚，但當(dāng)它們之間的軌道產(chǎn)生共振效果，也就是木星圍繞太陽公轉(zhuǎn)三圈，土星公轉(zhuǎn)兩圈時，就形成了一種非常穩(wěn)定的狀態(tài)，因此它們就不再飄忽了。

它們這種在太陽系早期的“調(diào)皮”行為引起了很多嚴重的后果。那時候太陽還被塵埃盤包圍著，首先形成行星的它們?nèi)绱诉w移，會把塵埃盤中殘留的物質(zhì)清掃掉，讓那里再無形成大行星的原料。所以，地球和火星都是“受害者”，因為沒有足夠的塵埃供它們繼續(xù)生長了，只能成為太陽系里的小個子。

大行星遷移引發(fā)星球大戰(zhàn)

大行星的遷移，不僅會讓所到之處的塵埃物質(zhì)減少，導(dǎo)致只能誕生大量小行星，而且它們還會驅(qū)趕小行星“背井離鄉(xiāng)”。這簡直是星球大戰(zhàn)，一場太陽系早期的星球大戰(zhàn)。

木星和土星的遷移會驅(qū)趕大量的小行星離開原位。一些脫序的小星星會向太陽系的內(nèi)側(cè)遷移，在環(huán)繞太陽運行的路途中，軌道直徑不斷減小，最后墜落到太陽上面。小行星在“投奔”太陽的過程中，還要經(jīng)過一個個阻礙，這些阻礙就是太陽系的內(nèi)行星，比如火星、水星、金星和地球。地球是最大的受災(zāi)戶，它還攜帶著月球，大大增加了共同的引力，引來更多小行星的撞擊。

離開小行星帶的小行星，也有一部分會向太陽系外側(cè)遷移。但是，前面同樣會有大行星如天王星和海王星的攔截，大行星的引力會讓它們又回到太陽系的內(nèi)側(cè)，完成墜落到太陽上的宿命，當(dāng)然沿途還是會撞擊地球等巖體行星。

木星和土星是災(zāi)難的制造者，但它們本身也會受到星球大戰(zhàn)的影響。木星是氣態(tài)行星，身上看不出什么撞擊的痕跡，但是它的木衛(wèi)三、木衛(wèi)四上卻留下了清晰的痕跡。它們在重度轟擊下，巖石層都被砸碎了，而那些彗星也在撞擊產(chǎn)生的高溫下熔化，變成了水，覆蓋在它們的表面，隨著溫度的降低，變成了堅硬的冰。傷口尚未愈合，又要接受下一次的轟擊，于是出現(xiàn)了明顯的分層結(jié)構(gòu)。木衛(wèi)四地殼之下50-200千米深處存在著一個咸水海洋，海洋之下，是另外一層巖石，所以這個星球具有分層結(jié)構(gòu)。木衛(wèi)三的分層結(jié)構(gòu)更加明顯。這種分層結(jié)構(gòu)就像是它們身上的傷疤，是它們遭受苦難的最直接證據(jù)。

星球大戰(zhàn)也讓木星和土星有了一些收獲，當(dāng)有的小行星從它們身邊經(jīng)過的時候，由于速度和角度的特別，會在它們引力的作用下成為它們的俘虜，從此環(huán)繞它們運行。因此，木星和土星都有五六十顆衛(wèi)星，形成龐大的家族。

那場星球大戰(zhàn)的受害者中還有天王星。這是一顆傾斜的行星，大多數(shù)的行星總是圍繞著幾乎與黃道面垂直的軸線自轉(zhuǎn)，可它卻幾乎平行于黃道面，是躺在軌道上圍繞太陽運轉(zhuǎn)的。這表明它在很久以前受到了一顆質(zhì)量相當(dāng)于地球好幾倍的巖體行星的撞擊。

星球大戰(zhàn)的證據(jù)多多

除小行星帶外，在太陽系的外側(cè)，還有柯伊伯帶，它也可能是大行星遷移的產(chǎn)物。這兩個空曠地帶的天體公轉(zhuǎn)軌道都不是圓形，而是橢圓形，表明它們都受到了某種影響，這可能就是星球大戰(zhàn)帶來的后果。在太陽系形成初期，在柯伊伯帶爭奪塵埃物質(zhì)的也是一顆大行星，它可能被排擠到太陽系的邊緣地帶了。

當(dāng)冥王星還是第九大行星的時代，人們就一直認為太陽系還存在第十大行星，當(dāng)冥王星從第九大行星的位子上退下來時，人們以為對太陽系邊緣的了解夠多了，但是這個時候，還是有跡象顯示，太陽系邊緣有一顆質(zhì)量很大的大行星，它遠遠超越了柯伊伯帶天體的質(zhì)量。最新的測算顯示，柯伊伯帶天體的總質(zhì)量僅僅跟月球差不多，它們是塵埃環(huán)最邊緣的物質(zhì)形成的。最邊緣的物質(zhì)太少了，只能形成一些小天體，不可能形成大天體，那么太陽系邊緣如果真的存在一個大行星，那必然是在太陽系內(nèi)側(cè)形成后遷移到太陽系邊緣的。

當(dāng)木星和土星軌道形成共振，也就穩(wěn)定了下來之后，太陽系進一步的演變過程就是更外側(cè)的天王星和海王星也穩(wěn)定了下來，因為它倆也形成了軌道共振，達成了同盟。這兩對同盟的共同作用是；在阻止外太陽系的星體進入太陽系內(nèi)部的同時，也一起使勁，把本來該在柯伊伯帶的大行星排擠到了太陽系的邊緣，這就是現(xiàn)在應(yīng)該被稱為第九大行星的那個倒霉蛋?，F(xiàn)在模糊的證據(jù)表明，太陽系邊緣的這顆大行星直徑該有一千千米，它的軌道公轉(zhuǎn)周期會長達一千年，也是早期太陽系星球大戰(zhàn)的產(chǎn)物。