本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
行星起源的機制和時間線仍然如此不確定,這可能會令人驚訝。畢竟,透過對我們太陽系的探索以及對遙遠太陽周圍數千個世界的發現,我們已經對行星系統的工作原理及其起源的可能性進行了卓越的概述。
與此同時,關於星際物質如何積累和處理以形成新恆星和新世界的普遍接受的圖景仍然建立在 Emanuel Swedenborg、Immanuel Kant(是的,就是那位康德)和 Pierre-Simon Laplace 在 1700 年代提出的假設之上。雖然這些想法似乎符合行星系統的主要特徵(即行星從引力形成的富含元素的星周氣體和塵埃盤中凝結出來),但許多細節已被證明非常難以弄清楚。
例如,固體物質如何聚整合行星大小的碎片仍然不清楚。人們一直認為,這個過程很大程度上可能是分層的,從微小的塵埃顆粒粘在一起開始,構建越來越大的碎片,這些碎片本身會碰撞併合並。但事實證明,這可能不是唯一的途徑。其他選擇包括有效地跳過中間階段的過程,將小碎片(塵埃或卵石大小的物質)聚集在一起,例如,被吸入並拖入新形成的大氣層中。此外,對於原始行星系統中岩石物質碰撞的程度也存在不確定性;是在相遇時合併還是分裂。
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在過去一週左右的時間裡,出現了一些非常有趣的研究報告,這些研究都提供了新的潛在見解。
其中第一個實際上來自外太陽系和新視野號任務對柯伊伯帶中遙遠的海王星外天體的飛越,該天體現在被稱為 Arrokoth(一個與波瓦坦語中的“天空”相關的詞)。在《科學》雜誌上發表的三篇研究論文中,報告稱這個啞鈴狀的 22 英里長的天體似乎是透過其兩個主要瓣的溫和合並形成的,這兩個瓣都代表非常相似的物質。換句話說,Arrokoth 是星雲物質相當區域性的粒子云坍縮的產物,而不是來自其軌道各處的各種物質的分層組裝。
第二個新聞來自對 NASA 軌道執行的朱諾號任務對木星大氣層水含量的分析。朱諾號使用微波測量技術深入到這顆氣態巨行星的氣態包層約 150 公里處,發現木星赤道附近的水含量似乎約為 0.25%,相對於其他分子的數量。這比 1995 年伽利略探測器衝入大氣層時進行的先前測量值要高,但也表明水在木星大氣層中並非均勻混合。
儘管如此,如果這個新估計確實反映了木星的全球水含量,那麼它暗示最初幫助形成木星的原始行星碎片不是富含水的籠形水合物塊,這與由於木星距太陽的距離以及位於所謂的“雪線”之外的位置有關,在“雪線”之外,水冰可以形成。
最後,行星形成之謎選單上的第三項線索來自對隕石物質的分析。在《科學進展》報道的一項研究中,研究人員測量了各種隕石中一種非常特殊的鐵同位素——鐵 54 的丰度;所有原始天體都可以追溯到大約 45 億年前太陽系的形成。
只有一組隕石物質似乎與地球自身的鐵 54 丰度相匹配,這表明(在各種其他證據的支援下)地球可能在年輕的太陽系中迅速形成,大約在 500 萬年內。在此期間,原始行星盤的非常特定的一部分向內流動(被吸積)到原始太陽,而該部分將提供構建地球主體的物質。如果地球在更長的時間內形成,那麼它應該包含更廣泛的物質,以及不同的鐵 54 同位素組成以及其他差異。
這似乎也與行星“卵石吸積”形成的想法相符,即小顆粒快速聚集到某種小行星“種子”上。這也支援了地球的揮發物(如水)是在早期階段積累的觀點,而在後期來自太陽系其他部分的“附加物”則較少。
這對系外行星系統也有影響。可能是行星核快速形成,岩石世界在早期就獲得了水,而無需依賴後期更多變的情景來供應水。換句話說,富含水的世界可能更常見。
總而言之,對於理解宇宙如何構建世界的複雜性來說,這是令人印象深刻的一週進展。
