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3D模拟的外太阳系“星子”形成方式。Steward Observatory / University of Arizona / Li / Youdin An
太阳系起源于混沌。在那团圆盘状的星云中,乱石横飞。沙粒聚合成石子,石子聚合成巨砾,巨砾聚合成行星。那些巨砾,亦即被称为“星子”(Planetesimal)的,它们的直径应当至少有1千米。大部分的星子已经成为了行星的一部分,也有一部分今天依然漂浮在寒冷的太空里,被我们称为“小行星”和“彗星”。
天文学家对于沙粒如何碰撞,如何进行化学反应,形成较大的颗粒,已经有了较为完备的掌握。但是对于从沙粒转化而来的“小石子”如何继续聚合,形成直径1米左右的石头,却知之不多。
当前与此相关的主导性理论是所谓的“流体不稳定”(Streaming Instability)理论。科学家相信,在年轻恒星周边的气体中,颗粒较大的尘埃会通过相互影响,逐渐变大,最终导致它们在自身引力的作用下变成“星子”。但是这一理论是否正确却很难验证。幸运的是,太阳系为我们提供了一个现成的实验室。
这个实验室就是“柯伊伯带”。“柯伊伯带”距离我们相当遥远。它是一块几乎没有被惊扰过的“处女地”。在距离太阳较近的地方,木星的一度横行,曾使小行星和彗星四处乱飞;而且内太阳系受太阳辐射的影响也十分严重。但是遥远的太阳系边陲,却依然保留着太阳系40多亿年前尚且年轻时的状态。
最近一个科研团队,在分析了哈勃太空望远镜和夏威夷凯克望远镜的数据之后发现,在这些地方,大部分的双天体(类似于双星)都在一条与行星方向相同的轨道上运行。这个看上去很小的发现,实际上很重要。因为它与许多天文学家认为的双天体形成机制发生了矛盾。
通常人们简单化地认为,双天体是由于两个小行星靠得太近,而被互相之间的引力俘获的。但是该科研团队通过对“流体不稳定”理论进行模拟后发现,在时间概率上,有80%的物质团块,形成在与行星同向而行的状态下。这个比例和他们观测到的,与行星同向而行的双天体比例是相同的。这可能表明这些双天体生来就是“成双成对”的。
虽然并不是所有双天体的形成机制都是如此,但对于研究太阳系的起源,这可能是一个正确的方向。
相关的科研论文在文末的参考链接中。
参考:
Trans-Neptunian binaries as evidence for planetesimal formation by the streaming instability
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0806-z
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