冰和塵埃塊在遙遠的奧爾特雲中安家,有時會脫離軌道,像條紋彗星一樣進入太陽系。一些由過往恆星以及與銀河系的其他相互作用引起的擾動非常劇烈,足以將奧爾特彗星送入繞地球執行甚至與地球碰撞的軌道。新的模擬揭示了一種它們進入我們太陽系部分的新機制,這種方法也表明,彗星雨可能並未強烈參與地球上的重大滅絕事件。
彗星動力學在很大程度上取決於木星和土星:它們巨大的引力場傾向於使物體遠離地球。傳統觀點認為,設法繞過木星和土星的彗星必定起源於奧爾特雲的外圍區域,在那裡,來自太陽系外部的擾動可以被最強烈地感受到,並且在需要數百年才能完成的巨大彗星軌道上被放大。該理論認為,只有在由近距離恆星經過引起的彗星雨期間,極端的引力擾動才會將內奧爾特雲彗星帶入其中。
華盛頓大學的內森·凱布和托馬斯·奎因的計算機模擬顛覆了這種觀點。他們發現,即使在沒有引起彗星雨的大規模擾動的情況下,設法跨越木星-土星屏障的彗星實際上也大量起源於內奧爾特雲。具體而言,他們發現,透過與巨行星的相互作用,相對較近的內奧爾特雲天體可以被踢到外雲的範圍。這些新近遙遠的彗星突然享受著更長的軌道和來自星際空間的更大引力擾動,它們的軌道可能會發生如此大的變化,以至於當它們再次透過行星區域時,它們會滑過氣體巨星。“它們基本上可以跳過木星-土星屏障,”凱布說。
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凱布和奎因估計,我們觀察到的來自奧爾特雲的彗星中,有一半以上是透過這條路線到達我們附近的,其他研究人員也認為該模擬似乎有效。“這種機制,我們稱之為動力路徑,可能會起作用,並可能是一個重要的貢獻者,”美國宇航局噴氣推進實驗室的高階研究科學家保羅·韋斯曼說。
新的研究提出了一條彗星產生的路線,“在一定程度上”解決了標準模型與觀測結果之間的差異,普林斯頓高等研究院的天體物理學家斯科特·特雷梅因說。“其中一個問題是[彗星形成過程的傳統觀點]效率太低;為了產生我們看到的彗星數量,你需要一個非常巨大的原行星盤,一個似乎與我們從其他來源獲得的最佳估計不相容的原行星盤,”特雷梅因說。
凱布和奎因利用他們新發現的機制以及觀察到的彗星數量,來估計內奧爾特雲中可能存在的物質數量的上限。然後,他們製作了一個統計模型,模擬了在過去數億年中彗星雨中撞擊地球的彗星數量。他們的結論是:大型彗星雨很少發生,因此可能沒有導致超過一次的滅絕事件。
利用彗星動力學來解開地球上的滅絕歷史可能會引起一些爭議。韋斯曼指出,凱布和奎因分析的滅絕影響將涉及彗星雨,而不是一般的彗星,即使彗星雨的輪廓有所減弱,也不能排除彗星在滅絕中的作用。他指出,一次大的撞擊,而不是一系列小的撞擊,就足以引發滅絕。
注:本文最初印刷時的標題為“並非一成不變(或冰冷)”。