模拟揭示太阳系的稀罕性

[ 录入者:zhoumeichun | 时间:2008-08-21 15:23:39 | 作者: | 来源: | 浏览:3806次 ]

原文标题:Computer simulations put Solar System in its place

作者:Dr. Emily Baldwin   原文来自:Astronomy Now    Posted: 2008. 8. 8

编译:Melipal    审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。

关于太阳系 形成的 传统理论认为,我们的 邻近空间充斥着与太阳系 类似的 天体系 统。但在利用了300颗环绕其他恒星 运转的 太阳系 外行星 进行的 一项研究中,科学家指出,我们的 行星 系 统看来只是其中一个比较特殊的 品种。

在第一颗太阳系 以外行星 发现之前,我们自己的 太阳系 是已知的 唯一行星 样本,因此天文学家没有理由认为它是不寻常的 。但有了以过去15年间发现的 300颗系 外行星 数据为基础的 强大计算机模拟,西北大学的 理论天文学家可以更广泛地了解行星 系 统的 形成过程,并作出了惊人的 发现:如果初始条件仅有细微的 变化,我们太阳系 的 命运,就是行星 要么被无情地扔向太阳,要么被甩向深空。

Frederic Rasio说:“现在我们知道,其他行星 系 统看起来与太阳系 完全不同。系 外行星 的 轨道是拉长的 ,并不完美,也不是圆形。行星 所处的 位置与我们的 预期不同。有许多类似木星 的 巨型行星 ,叫做‘炽热的 木星 ’,它们与恒星 的 距离非常近,轨道周期只有短短的 几天。很明显,我们需要全新的 开始,解释行星 的 形成以及所见的 行星 多样性。”

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“金凤花”模拟。左:过重的 原行星 盘;右:质量不够大的 盘;中:可以形成类地与气体行星 的 “恰当”条件,产物构形类似我们的 太阳系 。(图片提供:Thommes et al. Science, 8 August, 2008)

这项模拟是第一个考虑了行星 系 统形成开始到完成全过程的 工作,焦点集中在行星 从中心恒星 形成后残存的 普通气体尘埃盘成长的 过程,还有接下来行星 演化过程中的 引力相互作用。在约100次模拟过程中,所得的 行星 系 统平均情况是充满了混乱、激烈以及戏剧性的 行为,并不能产生太阳系 这样比较平静的 产物。实际上,只有6%的 模拟产生了“广义上类似太阳系 ”的 结果,Edward Thommes说。Thommes是这周出版的 《科学》杂志上相关论文的 作者。

模拟表明,产生行星 的 初生气体盘无情地将它们推向中心恒星 ,它们会在这里集中,或者是被吞掉。而如果行星 能逃过这一劫,在成长着的 行星 中,还一直有着争夺气体的 激烈竞争,这样的 过程非常混乱,会产生范围相当广的 行星 质量。或者当一颗恒星 蚕食另一颗行星 的 地盘时,它们会频繁地被动力学共振锁定,驱使当事者环绕中心星 的 轨道变扁。这样的 引力拖曳作用会导致飞跃弹射,让行星 好象巨型星 际弹球游戏那样弹过整个系 统,倒霉的 行星 会从游戏场彻底弹走,掉入深空。

Rasio说:“如此混乱的 历史看起来没有给宁静的 太阳系 留下多少空间,而我们的 模拟显示的 正是这样的 情况。太阳系 的 形成必须需要恰到好处的 条件。”

 

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组成太阳系 的 熟悉的 行星 ,但这是太阳系 形成的 常态吗?美国与加拿大的 理论天文学家进行的 新模拟认为并非如此。(图片提供:NASA/CXC/SAO)

成分“恰好”的 金凤花粥很大程度上取决于原初气体盘的 质量。如果气体盘的 质量太大,行星 形成趋于混乱过程,会产生炽热的 木星 以及大量的 非圆轨道。如果盘的 质量过小,产物不会大于海王星 这样的 巨型冰行星 ,其中只含有少量气体成分。这些极端条件解释了某些业已发现的 奇特的 太阳系 外行星 系 统,但在实际情况中,我们太阳系 的 平静表现却象是惹人的 拇指一般伸出。

Thommes说:“我们希望知道的 是,这些盘中初始条件的 真正范围是什么?我们在模拟中选择了很宽的 范围,我们认为这已经覆盖了所有的 可能性,也就是说,真正的 分布位于此范围之中的 某处。为真正预计太阳系 类似系 统的 百分比,我们许多知道分布的 样子。到那时,我们才能说,太阳系 是‘不寻常’的 。”

研究认为认为,我们太阳系 这样的 系 统产生于形成木星 或土星 这样的 巨行星 的 盘以及只形成小型行星 (小于海王星 )的 盘之间。Thommes对Astronomy Now说“当这发生时,努力形成的 行星 不会因与气体盘的 相互作用让轨道改变得太多,这只是由于当它们诞生时,根本就没有多少气体残留下来。这同样意味着,最大的 行星 不会彼此靠近,因此也不会侵犯彼此的 ‘私人空间’,这就避免了强烈的 引力相互作用。正是这样的 引力拖曳导致了大多数模拟中所见的 巨型气体行星 大偏心轨道,这也是迄今发现的 大多数系 外行星 系 统的 情况。”

考虑寻找其他可居住的 系 外行星 的 机会,Thommes认为,我们接下来需要回答的 问题是:大型行星 的 环境重要性如何,在我们的 太阳系 中,也就是土星 和木星 的 重要性如何?他说:“举例来说,人们通常将木星 的 作用看作是‘保镖’,保护我们免遭来自外太阳系 的 彗星 之害。但那其中有许多彗星 是被木星 安置于此的 。因此问题有点麻烦,不过好消息是,我们的 后院就有许多线索!”

100次模拟的 结果发表在这周出版的 《科学》杂志上。

(全文完)

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