中国科学家用新模型揭示太阳系的“童年”

地球是如何诞生的？太阳系是如何演化的？近日，浙江大学发布了由该校物理学院研究员刘贝贝、法国波尔多大学教授雷蒙、美国密西根州立大学教授雅柯布逊提出的太阳系巨行星轨道演化新模型。这一成果发表在北京时间4月27日的《自然》杂志上。刘贝贝是论文的第一作者和通讯作者，浙江大学物理学院是第一单位。

“我们今天看到的太阳系的行星轨道与太阳系‘童年’时期的行星轨道有很大不同。”刘贝贝说，找出太阳系早期动力学不稳定的原因，是国内外学术界非常关心的问题。

Nice模型是描述太阳系中巨行星演化的最流行的模型。这个模型认为轨道不稳定发生在太阳系诞生后的几亿年。当时原行星盘中的气体消散，巨行星与外部星子相互作用，交换轨道能量，最终使行星摆脱共振约束，造成动力学不稳定。

刘贝贝的团队提出，行星轨道的演变可以用气体盘的耗散来解释，这是以前的模型没有考虑的因素。“在气体盘演化后期，太阳辐射的高能光子直接撞击行星盘，形成的强光压首先吹走了靠近太阳的气体，行星盘内部出现了中空结构。随后的光压从内到外逐渐驱散盘内残留的气体，行星盘的质量随着盘内边界的向外扩张而减小。这个过程被称为行星盘的光致蒸发。”刘贝贝说，这时，太阳就像一个巨大的吹风机，不停地“吹”着盘子里的气体。

“我们的研究表明，这一过程引起的动态不稳定性跟随气体盘的消散，发生在太阳系诞生后约500万至1000万年。与Nice模型不同的是，我们模型中的巨行星轨道不稳定发生得更早。”刘贝贝说。

"我们可以从月球陨石坑的年龄中找到新的证据."刘贝贝介绍，巨行星的不稳定动力学会打破太阳系原有的平静，它们强大的引力扰动会迫使周围的小天体不断撞击其他行星和卫星，在恒星表面留下陨石坑。

刘贝贝说，“月球陨石坑的年龄分布很广，小行星撞击会随着时间自然衰减，这与我们团队提出的早期不稳定模型研究更加吻合。”

此外，类地行星的轨道也支持刘贝贝团队的“反弹”模型。据观测，原始地球形成于原行星盘阶段，最终成长于太阳系诞生后的3000万年至1亿年之间。如果不稳定发生在地球完全形成之前，巨行星的轨道湍流可能会引发大碰撞事件，诱发原始地球与一个火星大小的天体发生碰撞，逐渐形成现在的地月系统。

“尼斯模型预计地球形成后会出现不稳定，地球就不是今天的地球了。”刘贝贝说，“早期的动力不稳定性更符合太阳系其他天体对小行星撞击时间的记录。新模型还可以更好地解释后续形成的类地行星的质量和轨道构型，这些都是它不同于传统模型的优势。”

在评论这项研究时，评论者说：“这个模型可能是太阳系演化理论中缺失的一个组成部分，这篇文章很新颖，意义重大。”刘贝贝说，在未来，该团队将进一步探索巨行星的轨道演化对地球形成及其水的起源的影响。