本文转自：天目新闻行星是如何诞生？太阳系又是如何演化？通过研究行星家族中的“大兄长”——...|天目Tech+浙大学者揭秘太阳系“童年”时期成果登上《自然》本文转自：天目新闻

本文转自：天目新闻
行星是如何诞生？太阳系又是如何演化？
通过研究行星家族中的“大兄长”——木星、土星、海王星、天王星，或可得到部分答案。
近日，浙江大学物理学院刘倍贝研究员与法国波尔多大学的雷蒙德教授和美国密歇根州立大学雅格布森教授，共同提出太阳系巨行星轨道演化的新模型。
他们指出，在太阳系初期，原行星盘受到太阳光致蒸发作用，盘中气体从内向外耗散，诱发了巨行星轨道的重塑并引起动力学不稳定。
北京时间4月27日，相关成果登上国际学术期刊《自然》。

文章图片
四大巨行星在气体盘中轨道迁移进入共振态
今与昔，巨行星轨道有何不同？
人类在宇宙众所处的位置，是太阳系。然而，在太阳系刚形成的“童年”时期，行星的运转轨道却与今日有很大不同。
天文学家研究发现，太阳系诞生之初，星际空间中的气体分子云坍缩，中心部分形成太阳，残余物质绕恒星旋转，形成一个扁平的原行星盘。这个时期被称为太阳系的“气体盘”时期——行星成长在行星盘内，与盘中气体相互作用，轨道逐渐圆化并向内迁移。
学界认为，在气体盘时期，太阳系的土星、木星、天王星、海王星等四大巨行星通过迁移进入轨道共振态，即相邻行星的公转周期为整数比。
然而，现今四大巨行星的轨道分布更为开阔，巨行星也以脱离了原有的共振状态，学界认为，巨行星的轨道经历过动力学剧变。
“想象一条车辆正常流通的高架桥，如果有车辆发生碰撞追尾，整个行车的秩序就会被打乱。 ”刘倍贝说，追寻太阳系早期动力学不稳定的原因，是学界非常关注的问题。
早或晚，巨行星轨道动力学不稳定何时发生?
关于太阳系巨行星演化，当前最流行的是Nice模型。
Nice模型认为，太阳系诞生数亿年之后，巨行星轨道才发生了不稳定状态。
针对这一模型，刘倍贝团队提出，可以用气体盘的耗散来解释行星轨道的演化，前人的研究忽略了气体盘耗散过程中，行星受到气体的反向作用力。

文章图片
行星在原行星盘气体耗散下的示意图
他表示，在太阳系“童年”时期——也就是气体盘演化的晚期，太阳就好比一个巨型吹风机，不断“吹”走盘中的气体。
“太阳辐射的高能光子直射行星盘，吹散了盘中的气体。行星盘质量伴随着盘内边界向外扩张而减小，这个过程被称为行星盘的光致蒸发。 ”刘倍贝说。
团队通过理论计算发现，由于气体被“吹散” ，行星在太阳系的内边界处，受到向外的气体作用力，这与行星在其他位置受到向内的力截然不同。当气体盘内边界向外扩张时，原本向内迁移的行星改变运动方向，变成了向外移动。

文章图片
反弹模型示意图，类比挥拍击打羽毛球
“这个过程就像打羽毛球，挥拍击打来球，羽毛球改变原有轨迹，反弹后随着拍面一起向外运动。 ”刘倍贝说，因质量不同，巨行星向外迁移的速度也不同，由此打破原轨道共振态，并引发了动力学不稳定。
早期轨道的动力学不稳定，导致原初的四大巨行星经历了大幅度轨道变化后，最终的轨道分布与现今观测吻合。
“有别于Nice模型，我们的研究表明，巨行星轨道不稳定发生的时间更早，是在太阳系诞生后约五百万到一千万年间发生。 ”刘倍贝说。

本文转自：天目新闻行星是如何诞生？太阳系又是如何演化？通过研究行星家族中的“大兄长”——...|天目Tech+浙大学者揭秘太阳系“童年”时期 成果登上《自然》

本文转自：天目新闻行星是如何诞生？太阳系又是如何演化？通过研究行星家族中的“大兄长”——...|天目Tech+浙大学者揭秘太阳系“童年”时期成果登上《自然》