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我們太陽系的行星遵循著良好且可預測的軌道，但情況並非總是如此。在太陽系早期的混亂時期，木星及其它的巨行星似乎從它們的誕生地點遷移到了我們今天觀察到的穩定軌道。
巨行星的遷移已被用來解釋行星系統的許多特徵，例如我們太陽系中小行星帶中物體的不均勻間距。遷移還可以解釋其他行星系統中被稱為“熱木星”的巨大行星，它們距離其主星非常近，比它們可能形成的距離要近得多。
現在，一項發表在6月5日《自然》雜誌上的新研究表明，木星一種特殊的遷移——先向內，然後向外——可以解釋火星相對較小的尺寸。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
研究人員建立了許多數值模擬，試圖追蹤行星在太陽系誕生後數千萬年內的形成過程。但通常，火星構成了一個問題。“隨著物質的緩慢積累，基本上總是會發生的情況是，你最終會在它們應該在的位置得到與地球和金星大小相當的行星，”該研究的主要作者、科羅拉多州博爾德市西南研究院的行星科學家凱文·沃爾什說。“但是最終出現在火星位置附近的物體也和地球一樣大。”實際上，與地球相比，火星的直徑只有地球的一半左右，質量只有地球的十分之一左右。
如果火星在形成時可用的原材料較少，問題就會消失。為了解釋這種稀缺性，沃爾什和他的同事設計了一個模型，其中木星的運動掃除了許多碰撞形成類地行星的星子（小天體）。今天，木星在距離太陽大約地球-太陽距離五倍的地方繞太陽執行，也就是五個天文單位（AU）。但是，與圍繞年輕太陽的氣體盤的相互作用很可能在太陽系誕生後的最初數百萬年內將木星向內拉。
沃爾什和他的同事發現，如果木星一直拉到大約 1.5 AU，然後由於土星和氣體盤之間的引力相互作用而向外退去，那麼它的運動將散射大部分位於地球軌道之外的星子。因此，雖然地球和金星繼續吸積更多的原行星物質，但火星在更遠處的生長卻受到了阻礙。整個向內和向外的遷移可能發生在幾十萬年內；然後，內太陽系的行星將在數千萬年內完成它們的演化。
木星的遷移可以解釋類地行星的不同尺寸，而且它似乎也與火星和木星軌道之間的小行星帶的現狀相符。“對這項研究的真正考驗是小行星帶，它就在木星來回移動的火力線上，”沃爾什說。“我們真的不知道是否能得到任何有意義的小行星帶。”但木星的進出似乎散射了適量的物質，使今天的小行星帶保持原位，並且也可以解釋小行星帶的內部和外部部分擁有略微不同種群的事實。
在沃爾什和他的同事設計的模擬中，一個小行星家族起源於外太陽系的巨行星之間，另一個家族起源於離太陽近得多的地方。巨行星的遷移動作在一定程度上混合了這兩個小行星家族，但並未完全混合，在小行星帶內留下了兩個可辨別的種群。“我們最終與小行星帶非常匹配，”沃爾什說。“總質量相當不錯，我們還能夠重現小行星帶中的這種二分性。”