模擬顯示木星遷移掠奪物質導致火星發育不良!

最後更新：2011-06-08 15:27:32    來源   V.MILTT


據國外媒體報道，長期以來，科學家們一直很困惑於為何火星的大小隻有地球的一半，而質量更是僅有地球的十分之一。

這兩個太陽系姐妹幾乎同時形成，並且緊緊相鄰，按理說她們應該更加相似才對。也就是說火星應該和地球和金星差不多大小才對。美國宇航局西南研究所近期進行的計算機模擬同樣顯示，太陽系的形成過程中，火星將具備和地球相當的質量。那麼為何火星會變得那麼小呢？

本周發表的一篇論文對這一現象提出了一種解釋，並且這一理論和小行星帶的一些奇特性質也吻合的相當好。



                 發育不良：這是一張對比圖，可以看出火星的個頭和她的太陽系「姐妹」金星和地球相比明顯小了一大截



                                   死寂的世界：這張照片由勇氣號火星車拍攝，顯示了火星荒涼乾燥的表面

我們今天的太陽系中，各個大行星的軌道是相對穩定的，可預測的。但是在太陽系在大約46億年前開始形成時，情況可能並非如此。木星的軌道很有可能經歷過比較劇烈的變化。今天在我們對其他太陽系進行觀測時也發現了類似的現象：存在一類被稱為「熱木星」的氣態巨行星，它們和木星類似，但是距離它們的中央恆星非常近。而在我們的太陽系中，木星距離太陽大約為地球的5倍，即5個AU(天文單位)。

西南研究所的凱文·瓦爾希(Kevin Walsh)博士領導的一個國際天文學家小組經過複雜的計算機模擬，發現如果木星也曾經移動到距離太陽較近的位置，那麼火星的質量異常便能得到解釋。

根據這項模擬，在太陽系形成后的最初數百萬年內，由於和原始太陽吸積盤的作用，木星的軌道逐漸向太陽靠近，在這一過程中清空了沿途的原始物質，這導致了火星在形成過程中無法獲得足夠的物質供應，從而變成這樣一個小質量行星。
瓦爾希博士表示：「如果木星向內移動到大約1.5個天文單位處，隨後又在土星的攝動作用下逐漸外移，到了今天的位置。這將導致內太陽系大量固態物質被清空，這導致了火星形成過程中物質來源的不足。」



                     氣態大個子：這是木星和土星，太陽系裡的大個子，現在它們的軌道都遠遠位於小行星帶外側



太陽系的建築材料：左側是歐洲羅塞他探測器拍攝的魯特西亞小行星，右側是池谷-張彗星，這顆彗星於2002年由我國河南天文愛好者張大慶和日本彗星獵殺池谷熏共同發現

他說：「問題在於，我們必須了解木星在2~4個天文單位之間發生的移動是否能解釋這裡小行星帶的存在及其性質。因此我們需要進行大量的模擬計算。」

而這樣做的結果是驚人的。

「我們的模擬結果不但顯示木星的遷移會導致小行星帶的形成，並且發現這樣的遷移還能首次為我們解釋小行星帶為何會具有今天我們所知道的那些奇特性質。」

我們現在已經了解，位於火星和木星之間的小行星帶主要由兩種性質完全不同的小行星組成，一種是「乾燥」的岩石塊，另一種則富含水冰和其他揮發性物質。
甚至對於地球也是如此。地球形成的位置太過靠近太陽，當原始地球形成時，其過高的溫度不允許水的存在。因此科學家們普遍猜測地球上的水很多來自彗星和小行星的撞擊。而這些來自太陽系外側寒冷空間的小天體應當就是被木星引力攝動帶進來的。



                                                                    紅色的行星：火星

瓦爾希博士和同事們演示了木星是如何清空並隨後又為小行星帶輸入物質的：當木星向內太陽系移動時，它從太陽系外側的寒冷空間帶來許多富含水冰和揮發性物質的小天體，而當它進入內太陽系后，它又對這裡的「乾燥」的岩石小行星產生巨大的引力影響，當它逐漸往外退出時，就把很多小行星體一併往外「拖拽」。最終在今天的小行星帶位置造成了兩種形成位置截然不同的小天體混雜共處的奇特現象。

研究者們將他們的這項工作稱為「大轉向理論」(Grand Tack Scenario)，以此來說明木星出現的運動方向驟變，就如同大海上航行的帆船轉變航向。

這一名為《由於木星早期掠奪性遷移引發火星低質量》的論文發表在了6月5日出版的《自然》雜誌上。他們的研究得到了霍爾姆茲聯盟(Helmholtz Alliance)，法國國家科學中心和美國宇航局的資助。