太阳系八大行星碰撞的视频_火星的身世:从太阳系的起源说起

大约46亿年前

盘状的太阳星云

从一大片又冷又暗的

气体云中诞生

太阳自己并没有任何暴露确切年龄的线索,我们之所以能够知道太阳系的“生日”,是因为迄今从陨石中找到的最古老固体物质,年龄约为45.68亿年。一般认为,太阳系的各个地方是同时开始演化的,因此,天文学家把这个时间定为太阳系的“T0时间”。

187f298bd275431a5a23888b20c88746.png气体盘的中心被原恒星照亮,太阳系正是从这样的结构中诞生。(SSERVI)

刚刚诞生不久的太阳系是这样一番景象:星系盘的绝大部分质量集中在中心,太阳还没有正式成为一颗真正的恒星,但在这时已经开始发出光芒,并且吹出来的星风比现在的太阳风猛烈得多。

在太阳周围,气体被原始太阳的热量和星风清扫得干干净净,只剩下固体的尘埃,主要成分是微米大小的矿物颗粒;气体和挥发性物质保留在更远的地方,随着盘面的旋转,物质渐渐在挥发性物质开始可以冻结的区域堆积,因为堆积的都是冰冻物质,所以被称为“雪线”

木星首先在雪线外侧形成,土星的诞生比木星稍晚,太阳系行星中最年长的这哥俩诞生的时候,星系盘可能还保留着明显的圆盘结构。

天王星和海王星几乎是同步形成的,而内侧的岩石行星起步则要晚得多。等它们进入热火朝天的成长阶段时,气体盘早已消散。

因此,太阳系的八大行星中,气体行星都比岩石行星稍微年长。

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新生的恒星清扫开周围的气体,气体巨行星即将在雪线的边缘形成。艺术家概念图。

(ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)/Nick Risinger (skysurvey.org) )

当然,气体行星和岩石行星的形成方式也很不相同。

气体行星的生长主要靠吸积在形成一个内核之后,它们好像滚雪球一样,把所过之处的气体吸附到自己身上。

而岩石行星的生长主要靠碰撞小块的固体碰撞到一起,有时飞溅开来,有时则可以合二为一,形成更大的团块。

因此在一段漫长的时间中,撞击与火光是太阳系内侧的主题。

94ca153cfe7b0fbc6d99a8327f462eeb.png碰撞和火光是行星形成过程中的主旋律事件。(ESA/NASA, M. Kornmesser)

固体物质生长的“种子”大部分也是来自雪线外侧,因为颗粒的碰撞需要气体的帮助。太阳星云内最初的固体颗粒是微米级别的,它们与星系盘中的气体共存,在星系盘旋转时,盘内的气体和固体速度不一致,这就让固体颗粒不断彼此碰撞,断断续续地逐渐长大。长大到几厘米量级的固体颗粒受到更大的气体阻力,速度变慢,落向雪线内侧,再在那里吸附和清扫微小颗粒,继续生长,成为直径千米量级的“星子”

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小行星486958“Arrokoth”,也就是曾经被称为“天涯海角”的小天体,是人类探测器拜访过的最远的天体,也是太阳系古老星子的孑遗。(NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Roman Tkachenko)

星子是能够靠自身引力维持轨道运动,而不被气体阻力影响运动的小天体。到了这个时候,星子们的轨道都相对稳定了,它们需要外力推上一把,才能互相碰撞到一起。

木星和土星此时出手了这两颗先一步形成的行星质量巨大,在它们运行时,引力拉扯着内侧星子的轨道,让星子们的轨道产生交错,最终碰撞到一起。星子互相融合,最终成长为月球大小的“行星胚胎”,或者说原行星。

一些科学家估计,在整个内太阳系,约有100个原行星,它们要经历最后的“装配”,才能最终形成行星,这个过程大约花费100万到1000万年。

1e8829b6d080d8b37fb3d861bd826072.png灶神星就是一个残留至今的原行星(NASA / JPL / MPS / DLR / IDA / Björn Jónsson)

在行星胚胎的成长过程中,离木星轨道更近的那些星子受到更大的影响,碰撞更为剧烈,形成得也更早。同样,在“装配”行星胚胎时,距离木星轨道更近的那些也更容易发生碰撞,从而先一步形成行星。

从火星的轨道和相对较小的质量来看,火星很可能是四颗岩石行星里最早形成的一个,比地球稍微年长。它虽然个子更小,但却是地球的哥哥。

和地球的卫星月球不同,火星的两颗小卫星至今还没能弄清身世。

目前的主流理论认为,月球来自一次猛烈的撞击。在地球诞生(也就是它清扫出属于自己的轨道,把自己安顿下来的时候)之后不久,一颗大小与火星相仿的原行星撞上地球,让尚未凝固的地球飞溅起一大团被气化的岩石,最后在绕着地球的轨道上形成了月球。

月球自身的引力让它呈现出接近完美的球形,而火星的两颗卫星则有着非常不规则的外形。由于它们的种种光谱特征与小行星带中的一些小行星非常近似,不少人认为它们是被火星引力俘获的小行星。

但也有人认为,它们俩来自火星曾经遭受的一次撞击,当时有大量物质飞溅到空间中,形成了许多个类似火卫一和火卫二的小天体,围绕着火星运行,但在漫长的时间内逐渐散逸,只留下了其中的两颗。

只不过,火星经历的这次撞击,其规模远远不如形成月球的那一次。由于位于内太阳系的最外侧,火星很可能从来没有机会与另一颗原行星相撞,这也是它停留在较小质量而没有继续长大的原因之一。

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作 者 | 刘茜

编 辑 | 石磊

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