小行星|关于行星的形成,研究人员提出了新模型,引发激烈争论( 二 )


卵石非常小 , 只有几毫米到几厘米 , 而小行星要大得多 , 可达数百公里宽 , 就像我们今天在太阳系中看到的许多小行星一样 。 两者都可以在一颗恒星的原行星盘中找到 , 后者偶尔会相互碰撞 。
2014 年 , 就在 Johansen 和 Lambrechts 发表他们的卵石吸积模型两年后 , 观察显示 , 原行星盘中确实充满了卵石 。 一个名为 ALMA的 66 台望远镜网络(阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列) , 在一颗年轻恒星周围的原行星盘内 , 发现了多达100 个地球质量的卵石 , 其中包括由生长的行星开辟其轨道所产生的巨大间隙 。 在这些圆盘内 , 到处都是卵石 。 Lambrechts 说:“ALMA表明原行星盘天生就有大量的小卵石 , 而不是小行星” 。
不久 , 大多数科学家开始同意是卵石吸积形成了巨行星 。 这似乎是他们成长得足够快的唯一途径 。 法国蔚蓝海岸天文台的行星科学家亚历山德罗·莫比德利( Alessandro Morbidelli)说:“对于巨行星的核心来说 , 卵石吸积无疑是解决方案 。 ”
然而 , 虽然它似乎解释了木星、土星、天王星和海王星的形成 , 但卵石吸积对水星、金星、地球和火星等类地行星的形成 , 提出了相当多的问题 。 Lambrechts 说:“原则上 , 我们可以通过小行星吸积形成类地行星 , 但现在有这种卵石入侵” 。
在卵石吸积模型中 , 您从围绕年轻恒星的原行星盘开始 , 就像在小行星吸积模型中一样 。 这两种模型都需要通过称为流不稳定的现象来形成星子 。 从本质上讲 , 尘埃和卵石在遇到恒星周围的气体时会受到阻力 。 慕尼黑路德维希马克西米利安大学的天体物理学家Joanna Dr??kowska说:“这导致卵石聚集在一起 , 直到一些团块非常大 , 以至于它们受到引力束缚 , 并坍缩成数百公里宽的星子 。 然后这些团块可以在它们形成时旋转 , 这给了它们两个叶瓣 。 这正是我们在太阳系外天体(例如Arrokoth)中看到的” , Dr??kowska 说:“这个过程预计会非常快 , 可能只需要 100 年” 。
从这里开始 , 这两种模型有所不同 。 在星子吸积作用下 , 这些星子在圆盘中随处可见 , 只剩下很少的卵石 。 几千万年来 , 大型星子碰撞并合并 , 最终形成了我们今天看到的类地行星 。
在卵石吸积中 , 只有少数小行星占据主导地位 。 这些星子开始扫起原行星盘中的卵石 , 这些卵石以长长的河流状细丝流到星子的表面 。 这是一个非常有活力的过程 , 随着卵石的下落 , 炽热的岩浆海洋在地表发光 。 该过程非常有效 , 地球将在短短几百万年内长成其完整大小 , 而在小行星吸积过程中可能需要 1 亿年 。
卵石吸积最有趣的结果之一是它直接预测了宜居行星的形成方式 。 该模型不是依靠富含水的小行星与原行星随意碰撞 , 而是表明来自外太阳系的冰卵石可以为像地球这样的行星提供稳定的水供应 , 这种想法被称为卵石雪 。 约翰森说:“卵石雪的好处在于它变得可以预测 , 降落到地球上的水、碳和氮的数量是可以计算的 。 ”
因此 , 如果类地行星形成的卵石吸积模型是正确的 , 那么宇宙中其他生命的前景可能是个好兆头 。 在小行星吸积下 , 地球上存在水是偶然事件 , 而在卵石吸积中 , 它可能会出现在像我们这样的行星系统中 。 拿一个原地球 , 把它放在一个相似位置的相似恒星周围 , 它收集的水量可能是一样的 。 宜居世界不会是偶然事件 , 如果行星系统具有正确的成因 , 它们的存在将是一个可计算的结果 。 约翰森说:“人们可以以此为起点 , 了解益生元化学和生命起源 。 ”
伟大的建筑师卵石吸积似乎是一个有吸引力的想法 。 它解决了行星快速增长的问题 , 它解释了地球上水的存在 , 我们甚至可以观察到正在发展的系外行星系统中的卵石 。 伦敦大学学院行星形成科学家Paola Pinilla说:“有了 ALMA , 我们现在知道卵石集中在导致小行星形成和潜在行星形成的特定区域” 。
然而 , 虽然它为巨行星的生长提供了一个很好的解释 , 但当涉及到类地行星时 , 卵石吸积有一些值得注意的问题 。
首先 , 太阳系内部的卵石是从哪里来的?近年来 , 行星科学家开始相信 , 太阳系中最大的行星木星是塑造行星命运的主要力量 。 巴蒂金说:“紧急情况是木星是太阳系的伟大建筑师” 。
巴蒂金说 , 在木星快速形成后不久 , 它在太阳系内外形成了一道屏障 , 阻止了来自“质量丰富”的外部区域的物质流向“质量匮乏”的内部类地行星 。 内盘中的卵石可能在类地行星形成之前就已经消散了 , 如果没有更多来自太阳系以外的物质 , 根本就没有足够的物质来制造地球 。