距离越来越远地球最终会和太阳“分手”吗
不管是太阳自身质量减小导致的引力降低，还是地球对太阳的潮汐作用所引起的公转轨道变化，由此而产生的日地距离增加，都不会对地球本身造成显著影响。事实上，影响地球公转轨道的也远不止太阳这一个因素。地球绕太阳公转轨道的具体大小和形状不仅与太阳有关，也与太阳系内其他行星对地球的引力有关。
太阳作为驱动地球万物生长的能量之源，其与地球之间恰到好处的距离，使得地球相比太阳系内的其他天体充满了生机。但事实上，太阳与地球之间的平均距离并非是一成不变的。
近日，据国外媒体报道，根据天文学家测算，太阳与地球之间的平均距离正随着时间的推移而缓慢增加，也就是说地球正在逐渐“逃离”太阳。
不断“减肥”的太阳吸引力逐渐减弱
要弄清楚太阳与地球之间距离的变化，首先要明确一个事实，即地球绕太阳运行的公转轨道并非是完美的圆形，而是一个椭圆形，太阳位于这个椭圆形轨道的一个焦点之上。也正因为轨道是椭圆，所以太阳与地球之间的距离并非恒定，而是“忽远忽近”。在近日点时，两者之间的距离约为1.471亿公里，而到远日点时，这个距离则会拉长到约1.521亿公里。虽然近日点与远日点间相差了约500万公里，但这也仅相当于太阳与地球之间平均距离的3%左右，几乎不会对地球气候等造成显著影响。
除了因公转轨道原因而产生的正常距离变化外，太阳与地球之间的平均距离事实上一直在不断增加，这还要从太阳持续不断地“减肥”开始说起。南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇表示，太阳内部每时每刻都在发生着核聚变反应，氢元素转化为氦元素，这一过程会释放大量能量，并通过太阳辐射散发出去。根据著名的爱因斯坦质能方程，只要测得一定时间内太阳辐射出的能量数值，便可很简单地计算出太阳因此而损失掉的质量。“这个数值大概是每秒钟损失400万吨质量。”周礼勇表示，这虽然听起来是一个庞大的数字，但相对于太阳2.0×1030千克的总质量来说，只能算是秋毫之末。但他同时也提醒，除了能量辐射会导致太阳质量散失外，太阳风、日冕物质抛射等太阳活动也会带走太阳的一部分质量。因此可以说在太阳诞生后的几十亿年间，其质量一直处于不断减少的过程中。
根据牛顿的万有引力定律，两物体间引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。因此，太阳持续不断地“减肥”所带来的后果，便是其对于包括地球在内的行星的引力越来越小，进而导致它们与太阳的距离越来越远。但就像太阳散失的质量相对于其总质量来说小到可以忽略不计一样，由其引力减小所导致的距离增加同样微不足道。天文学家布赖恩·迪乔治测算，太阳每年因散失质量所导致的引力减小仅会让太阳与地球之间的距离每年增加约6厘米。这在宇宙单位尺度上来说，其产生的实际影响是微乎其微的。
地球引起太阳潮汐的“副作用”
除了太阳质量损失使得其引力减小，从而导致地球逐渐远离太阳外，还有一种力量也会使得地球与太阳之间的距离不断增加，这就是地球对于太阳的潮汐作用。要了解地球对太阳所造成的引力影响，其实可以通过月球与地球之间的引力关系来理解，因为月球对地球的引力所导致的潮汐作用也正在使月球一步步远离地球，这与太阳和地球之间的情况几乎相同。
月球对于地球上的每一个点都有引力，但由于地球是一个近乎球体的形状，这种引力作用在地球上的不同点时，其大小并不相同，距离月球更近的点所受到的引力也更大；同时，地球还受到其绕地月公共质心（地月系统的质量中心）旋转时所产生的离心力的作用，而这种离心力在地球上是平均分布的，地球上每一个点所受到的离心力大小均相同。
因此，月球对地球的引力以及地球自身的离心力之间便会产生差值，这一差值形成的力量便是起潮力，顾名思义这也就是引起地球表面潮汐变化的主要力量。
潮汐会产生一个“副作用”，“潮汐运动起来以后，会在地球内部造成摩擦。有摩擦就会有能量的耗散，而被耗散掉的正是地球自转的能
量。”周礼勇表示，形象地讲，便是潮汐的出现会“拖拽”地球的自转运动，使得地球自转速度减慢。根据角动量守恒原则，如果不考虑其他天体的影响，只将地月系统看作一个孤立系统，那么该系统中地球自转的角动量、月球自转的角动量以及两个天体相互绕转的轨道的角动量，其三者总和是守恒的。
在这一定律下，当地球自转速度减慢时，地球自转所失去的角动量便会被重新分配至月球绕地球运转的公转轨道上，从而导致轨道变长，月球与地球之间的距离便会相应地增加。
同样的理论也适用于地球与太阳。地球对太阳产生引力，引起太阳上的潮汐，潮汐带来摩擦，降低太阳自转速度，从而导致地球绕太阳运转的公转轨道变长，地球与太阳之间的距离增加。
但理论归理论，周礼勇表示，这种作用具体能够引起日地公转轨道多大的变化，要取决于地球究竟能够在太阳上引起多大的潮汐，以及潮汐能够耗散掉太阳多少能量。“实际上这个作用是非常微弱的，产生的影响也很有限。”根据布赖恩·迪乔治估算，在这一作用下，地球和太阳之间的距离每年仅增加大约0.0003厘米。
最终结局不是“分手”而是被吞噬
毫无疑问，不管是太阳自身质量减小导致的引力降低，还是地球对太阳的潮汐作用所引起的公转轨道变化，由此而产生的日地距离增加，都不会对地球本身造成显著影响。事实上，影响地球公转轨道的也远不止太阳这一个因素。
周礼勇表示，地球绕太阳公转轨道的具体大小和形状不仅与太阳有关，也与太阳系内其他行星对地球的引力有关，天文学上称其为摄动。可以简单理解为当一个天体绕另一个天体运动时，因受到其他天体吸引或其他因素影响而导致运行轨道产生偏差。周礼勇认为，地球绕太阳公转轨道或多或少都会受到太阳系内其他行星的影响，其中影响较为显著的是距离地球较近的金星，以及虽然距离地球较远但质量是地球300多倍的木星。
天文学家普遍认为，在多种因素的共同作用下，地球公转轨道会以40.5万年为周期，在近乎完美的正圆形到偏心率大约0.05的椭圆形间循环往复。而在2018年，美国的研究人员通过对古老岩石进行分析，找到了地球公转轨道以40.5万年周期循环的首个物理证据，验证了这一假设。
虽然地球绕太阳的公转轨道总是在不停变化，也确实在逐渐远离太阳，但却不会变成“流浪地球”，因为地球很有可能最终逃脱不了被太阳吞噬的宿命。
根据当前的恒星演化理论，太阳作为一颗黄矮星，其大致寿命约为100亿年。而目前太阳大约45.7亿岁，已经是“星到中年”。再过大约50亿至60亿年后，太阳内部的氢元素几乎会全部燃烧殆尽变为氦元素，太阳的核心将发生坍缩，温度不断上升。随后，氦元素会进一步聚变为碳元素。虽然在这一过程中，氦聚变所产生的能量要小于氢聚变，但其温度却更高。
因此，太阳外层大气将会不断膨胀，并释放到更远的地方。而以目前人类已知的地球公转轨道变化来看，即使未来地球能够稍稍远离太阳，也终究难逃被太阳膨胀的大气所吞噬的命运。不过别担心，这至少是50亿年以后的事情了。
来源：科技日报
不管是太阳自身质量减小导致的引力降低，还是地球对太阳的潮汐作用所引起的公转轨道变化，由此而产生的日地距离增加，都不会对地球本身造成显著影响。事实上，影响地球公转轨道的也远不止太阳这一个因素。地球绕太阳公转轨道的具体大小和形状不仅与太阳有关，也与太阳系内其他行星对地球的引力有关。
太阳作为驱动地球万物生长的能量之源，其与地球之间恰到好处的距离，使得地球相比太阳系内的其他天体充满了生机。但事实上，太阳与地球之间的平均距离并非是一成不变的。
近日，据国外媒体报道，根据天文学家测算，太阳与地球之间的平均距离正随着时间的推移而缓慢增加，也就是说地球正在逐渐“逃离”太阳。
不断“减肥”的太阳吸引力逐渐减弱
要弄清楚太阳与地球之间距离的变化，首先要明确一个事实，即地球绕太阳运行的公转轨道并非是完美的圆形，而是一个椭圆形，太阳位于这个椭圆形轨道的一个焦点之上。也正因为轨道是椭圆，所以太阳与地球之间的距离并非恒定，而是“忽远忽近”。在近日点时，两者之间的距离约为1.471亿公里，而到远日点时，这个距离则会拉长到约1.521亿公里。虽然近日点与远日点间相差了约500万公里，但这也仅相当于太阳与地球之间平均距离的3%左右，几乎不会对地球气候等造成显著影响。
除了因公转轨道原因而产生的正常距离变化外，太阳与地球之间的平均距离事实上一直在不断增加，这还要从太阳持续不断地“减肥”开始说起。南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇表示，太阳内部每时每刻都在发生着核聚变反应，氢元素转化为氦元素，这一过程会释放大量能量，并通过太阳辐射散发出去。根据著名的爱因斯坦质能方程，只要测得一定时间内太阳辐射出的能量数值，便可很简单地计算出太阳因此而损失掉的质量。“这个数值大概是每秒钟损失400万吨质量。”周礼勇表示，这虽然听起来是一个庞大的数字，但相对于太阳2.0×1030千克的总质量来说，只能算是秋毫之末。但他同时也提醒，除了能量辐射会导致太阳质量散失外，太阳风、日冕物质抛射等太阳活动也会带走太阳的一部分质量。因此可以说在太阳诞生后的几十亿年间，其质量一直处于不断减少的过程中。
根据牛顿的万有引力定律，两物体间引力的大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。因此，太阳持续不断地“减肥”所带来的后果，便是其对于包括地球在内的行星的引力越来越小，进而导致它们与太阳的距离越来越远。但就像太阳散失的质量相对于其总质量来说小到可以忽略不计一样，由其引力减小所导致的距离增加同样微不足道。天文学家布赖恩·迪乔治测算，太阳每年因散失质量所导致的引力减小仅会让太阳与地球之间的距离每年增加约6厘米。这在宇宙单位尺度上来说，其产生的实际影响是微乎其微的。
地球引起太阳潮汐的“副作用”
除了太阳质量损失使得其引力减小，从而导致地球逐渐远离太阳外，还有一种力量也会使得地球与太阳之间的距离不断增加，这就是地球对于太阳的潮汐作用。要了解地球对太阳所造成的引力影响，其实可以通过月球与地球之间的引力关系来理解，因为月球对地球的引力所导致的潮汐作用也正在使月球一步步远离地球，这与太阳和地球之间的情况几乎相同。
月球对于地球上的每一个点都有引力，但由于地球是一个近乎球体的形状，这种引力作用在地球上的不同点时，其大小并不相同，距离月球更近的点所受到的引力也更大；同时，地球还受到其绕地月公共质心（地月系统的质量中心）旋转时所产生的离心力的作用，而这种离心力在地球上是平均分布的，地球上每一个点所受到的离心力大小均相同。
因此，月球对地球的引力以及地球自身的离心力之间便会产生差值，这一差值形成的力量便是起潮力，顾名思义这也就是引起地球表面潮汐变化的主要力量。
潮汐会产生一个“副作用”，“潮汐运动起来以后，会在地球内部造成摩擦。有摩擦就会有能量的耗散，而被耗散掉的正是地球自转的能
量。”周礼勇表示，形象地讲，便是潮汐的出现会“拖拽”地球的自转运动，使得地球自转速度减慢。根据角动量守恒原则，如果不考虑其他天体的影响，只将地月系统看作一个孤立系统，那么该系统中地球自转的角动量、月球自转的角动量以及两个天体相互绕转的轨道的角动量，其三者总和是守恒的。
在这一定律下，当地球自转速度减慢时，地球自转所失去的角动量便会被重新分配至月球绕地球运转的公转轨道上，从而导致轨道变长，月球与地球之间的距离便会相应地增加。
同样的理论也适用于地球与太阳。地球对太阳产生引力，引起太阳上的潮汐，潮汐带来摩擦，降低太阳自转速度，从而导致地球绕太阳运转的公转轨道变长，地球与太阳之间的距离增加。
但理论归理论，周礼勇表示，这种作用具体能够引起日地公转轨道多大的变化，要取决于地球究竟能够在太阳上引起多大的潮汐，以及潮汐能够耗散掉太阳多少能量。“实际上这个作用是非常微弱的，产生的影响也很有限。”根据布赖恩·迪乔治估算，在这一作用下，地球和太阳之间的距离每年仅增加大约0.0003厘米。
最终结局不是“分手”而是被吞噬
毫无疑问，不管是太阳自身质量减小导致的引力降低，还是地球对太阳的潮汐作用所引起的公转轨道变化，由此而产生的日地距离增加，都不会对地球本身造成显著影响。事实上，影响地球公转轨道的也远不止太阳这一个因素。
周礼勇表示，地球绕太阳公转轨道的具体大小和形状不仅与太阳有关，也与太阳系内其他行星对地球的引力有关，天文学上称其为摄动。可以简单理解为当一个天体绕另一个天体运动时，因受到其他天体吸引或其他因素影响而导致运行轨道产生偏差。周礼勇认为，地球绕太阳公转轨道或多或少都会受到太阳系内其他行星的影响，其中影响较为显著的是距离地球较近的金星，以及虽然距离地球较远但质量是地球300多倍的木星。
天文学家普遍认为，在多种因素的共同作用下，地球公转轨道会以40.5万年为周期，在近乎完美的正圆形到偏心率大约0.05的椭圆形间循环往复。而在2018年，美国的研究人员通过对古老岩石进行分析，找到了地球公转轨道以40.5万年周期循环的首个物理证据，验证了这一假设。
虽然地球绕太阳的公转轨道总是在不停变化，也确实在逐渐远离太阳，但却不会变成“流浪地球”，因为地球很有可能最终逃脱不了被太阳吞噬的宿命。
根据当前的恒星演化理论，太阳作为一颗黄矮星，其大致寿命约为100亿年。而目前太阳大约45.7亿岁，已经是“星到中年”。再过大约50亿至60亿年后，太阳内部的氢元素几乎会全部燃烧殆尽变为氦元素，太阳的核心将发生坍缩，温度不断上升。随后，氦元素会进一步聚变为碳元素。虽然在这一过程中，氦聚变所产生的能量要小于氢聚变，但其温度却更高。
因此，太阳外层大气将会不断膨胀，并释放到更远的地方。而以目前人类已知的地球公转轨道变化来看，即使未来地球能够稍稍远离太阳，也终究难逃被太阳膨胀的大气所吞噬的命运。不过别担心，这至少是50亿年以后的事情了。
来源：科技日报
【地球诞生前，巨行星们有段不太和谐的过往[并不简单]】天文学家一直在尝试回答一个问题：太阳系行星轨道是怎么变成现在这样的？
最近，浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史，揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因，并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日，相关成果刊登于《自然》杂志。
【巨行星的轨道曾经发生过剧变】
在很久很久以前，星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳，残余物质一边被太阳炙烤着，气体不断蒸发，一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。
行星在盘内成长，并与盘中气体相互作用，轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说，它们通过向内的迁移，逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点，运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。
“就像高速路上正常行驶的车辆，大家相对匀速，相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。
但奇怪的是，按照这个想法推演，位于太阳系外侧的四个巨行星，轨迹并不会像如今这般。
“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。
天文学家推测，在行星轨道演化的过程中，巨行星轨道曾经发生过剧变。
“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样，车辆的间距被打乱了，原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。
可是，如此一来，又一个新的问题出现了：是什么让巨行星轨道发生了剧变？
图：太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体（图片来源：刘倍贝）
【著名模型留下的困惑】
对于巨行星轨道的剧变问题，天文学家们提出过各种模型，其中，最为流行的名叫“尼斯”模型（Nice）。
这个模型出现于2005年。当时，模型的创立者连发三篇《自然》论文，在天文学界轰动一时，模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。
然而，在轰动的同时，尼斯模型依然留有一些困惑。
目前天文学家认为，太阳系诞生早期，气体盘演化到晚期时，太阳辐射的高能光子直射在气体盘上，形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体，使盘的内部出现中空结构，之后，光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。
“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机，不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。
尼斯模型认为，盘里的气体耗散后，巨行星与外部的星子盘（由直径为数公里到上百公里的星子组成）相互作用不断交换轨道能量，最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。
该模型还由此判断，因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢，所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后，属于“晚期不稳定”。
“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成，如果如尼斯模型所预期，那么，巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后，产生的强烈扰动会破坏地球的轨道，而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。
他告诉记者，巨行星的动力学不稳定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小天体不断撞向其他行星和卫星，在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现，月球陨石坑有着广泛的年龄分布，小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。
【前人忽略的关键细节】
尼斯模型留下的困惑，也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天，刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件，这封邮件促成了他的此次研究。
“我们怀疑，太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中，国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。
这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson)，他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。
两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中，刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里，很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”，研究中他们提出一种“反弹”设想，认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化，并使其脱离平稳状态。
雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发，在一次见面中，他们分享了各自的想法，并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流，随着讨论越来越深入，三人都觉得到这项研究意义重大。
讨论中，他们发现，前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中，行星会受到气体作用力而发生反向运动。
“这一过程类似于打羽毛球，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。
通过理论计算，他们发现，由于靠近太阳内边界的地方炙热，气体快速耗散，当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时，原本向内迁移的行星改变运动方向，随内边界共同向外移动。
由于太阳系巨行星的质量不同，所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同，从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。
【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】
根据设想和理论计算的数据，他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。
实验结果显示，按照“反弹”模型的设想，原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时，发生了大幅度轨道变化，冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系，而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。
此外，他们的研究还表明，巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说，不同于尼斯模型的推测，我们认为，在地球诞生之前，巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。
“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化，地球以及生命的起源，宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为，新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型，这些都是它有别于传统模型之处。
对于这一研究成果，期刊的匿名评审人认为：“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分，文章新颖且意义重大。”
“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk
最近，浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史，揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因，并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日，相关成果刊登于《自然》杂志。
【巨行星的轨道曾经发生过剧变】
在很久很久以前，星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳，残余物质一边被太阳炙烤着，气体不断蒸发，一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。
行星在盘内成长，并与盘中气体相互作用，轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说，它们通过向内的迁移，逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点，运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。
“就像高速路上正常行驶的车辆，大家相对匀速，相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。
但奇怪的是，按照这个想法推演，位于太阳系外侧的四个巨行星，轨迹并不会像如今这般。
“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。
天文学家推测，在行星轨道演化的过程中，巨行星轨道曾经发生过剧变。
“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样，车辆的间距被打乱了，原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。
可是，如此一来，又一个新的问题出现了：是什么让巨行星轨道发生了剧变？
图：太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体（图片来源：刘倍贝）
【著名模型留下的困惑】
对于巨行星轨道的剧变问题，天文学家们提出过各种模型，其中，最为流行的名叫“尼斯”模型（Nice）。
这个模型出现于2005年。当时，模型的创立者连发三篇《自然》论文，在天文学界轰动一时，模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。
然而，在轰动的同时，尼斯模型依然留有一些困惑。
目前天文学家认为，太阳系诞生早期，气体盘演化到晚期时，太阳辐射的高能光子直射在气体盘上，形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体，使盘的内部出现中空结构，之后，光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。
“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机，不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。
尼斯模型认为，盘里的气体耗散后，巨行星与外部的星子盘（由直径为数公里到上百公里的星子组成）相互作用不断交换轨道能量，最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。
该模型还由此判断，因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢，所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后，属于“晚期不稳定”。
“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成，如果如尼斯模型所预期，那么，巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后，产生的强烈扰动会破坏地球的轨道，而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。
他告诉记者，巨行星的动力学不稳定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小天体不断撞向其他行星和卫星，在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现，月球陨石坑有着广泛的年龄分布，小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。
【前人忽略的关键细节】
尼斯模型留下的困惑，也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天，刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件，这封邮件促成了他的此次研究。
“我们怀疑，太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中，国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。
这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson)，他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。
两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中，刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里，很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”，研究中他们提出一种“反弹”设想，认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化，并使其脱离平稳状态。
雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发，在一次见面中，他们分享了各自的想法，并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流，随着讨论越来越深入，三人都觉得到这项研究意义重大。
讨论中，他们发现，前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中，行星会受到气体作用力而发生反向运动。
“这一过程类似于打羽毛球，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。
通过理论计算，他们发现，由于靠近太阳内边界的地方炙热，气体快速耗散，当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时，原本向内迁移的行星改变运动方向，随内边界共同向外移动。
由于太阳系巨行星的质量不同，所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同，从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。
【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】
根据设想和理论计算的数据，他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。
实验结果显示，按照“反弹”模型的设想，原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时，发生了大幅度轨道变化，冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系，而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。
此外，他们的研究还表明，巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说，不同于尼斯模型的推测，我们认为，在地球诞生之前，巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。
“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化，地球以及生命的起源，宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为，新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型，这些都是它有别于传统模型之处。
对于这一研究成果，期刊的匿名评审人认为：“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分，文章新颖且意义重大。”
“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk
【地球诞生前，巨行星们有段不太和谐的过往[并不简单]】天文学家一直在尝试回答一个问题：太阳系行星轨道是怎么变成现在这样的？
最近，浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史，揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因，并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日，相关成果刊登于《自然》杂志。
【巨行星的轨道曾经发生过剧变】
在很久很久以前，星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳，残余物质一边被太阳炙烤着，气体不断蒸发，一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。
行星在盘内成长，并与盘中气体相互作用，轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说，它们通过向内的迁移，逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点，运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。
“就像高速路上正常行驶的车辆，大家相对匀速，相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。
但奇怪的是，按照这个想法推演，位于太阳系外侧的四个巨行星，轨迹并不会像如今这般。
“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。
天文学家推测，在行星轨道演化的过程中，巨行星轨道曾经发生过剧变。
“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样，车辆的间距被打乱了，原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。
可是，如此一来，又一个新的问题出现了：是什么让巨行星轨道发生了剧变？
图：太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体（图片来源：刘倍贝）
【著名模型留下的困惑】
对于巨行星轨道的剧变问题，天文学家们提出过各种模型，其中，最为流行的名叫“尼斯”模型（Nice）。
这个模型出现于2005年。当时，模型的创立者连发三篇《自然》论文，在天文学界轰动一时，模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。
然而，在轰动的同时，尼斯模型依然留有一些困惑。
目前天文学家认为，太阳系诞生早期，气体盘演化到晚期时，太阳辐射的高能光子直射在气体盘上，形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体，使盘的内部出现中空结构，之后，光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。
“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机，不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。
尼斯模型认为，盘里的气体耗散后，巨行星与外部的星子盘（由直径为数公里到上百公里的星子组成）相互作用不断交换轨道能量，最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。
该模型还由此判断，因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢，所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后，属于“晚期不稳定”。
“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成，如果如尼斯模型所预期，那么，巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后，产生的强烈扰动会破坏地球的轨道，而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。
他告诉记者，巨行星的动力学不稳定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小天体不断撞向其他行星和卫星，在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现，月球陨石坑有着广泛的年龄分布，小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。
【前人忽略的关键细节】
尼斯模型留下的困惑，也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天，刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件，这封邮件促成了他的此次研究。
“我们怀疑，太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中，国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。
这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson)，他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。
两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中，刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里，很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”，研究中他们提出一种“反弹”设想，认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化，并使其脱离平稳状态。
雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发，在一次见面中，他们分享了各自的想法，并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流，随着讨论越来越深入，三人都觉得到这项研究意义重大。
讨论中，他们发现，前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中，行星会受到气体作用力而发生反向运动。
“这一过程类似于打羽毛球，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。
通过理论计算，他们发现，由于靠近太阳内边界的地方炙热，气体快速耗散，当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时，原本向内迁移的行星改变运动方向，随内边界共同向外移动。
由于太阳系巨行星的质量不同，所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同，从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。
【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】
根据设想和理论计算的数据，他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。
实验结果显示，按照“反弹”模型的设想，原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时，发生了大幅度轨道变化，冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系，而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。
此外，他们的研究还表明，巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说，不同于尼斯模型的推测，我们认为，在地球诞生之前，巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。
“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化，地球以及生命的起源，宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为，新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型，这些都是它有别于传统模型之处。
对于这一研究成果，期刊的匿名评审人认为：“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分，文章新颖且意义重大。”
“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk
最近，浙江大学研究员刘倍贝与法国波尔多大学和美国密歇根州立大学合作者提出了太阳系巨行星轨道演化的新模型。该模型回溯了巨行星的过往史，揭示了它们之间一段不“和谐”过往的原因，并认为这段历史发生在地球诞生之前。4月27日，相关成果刊登于《自然》杂志。
【巨行星的轨道曾经发生过剧变】
在很久很久以前，星际空间中的气体分子云坍缩,中心的部分形成了太阳，残余物质一边被太阳炙烤着，气体不断蒸发，一边绕太阳旋转。一个扁平的、充满气体的盘由此出现。
行星在盘内成长，并与盘中气体相互作用，轨道逐渐圆化并向着太阳迁移。对于盘外沿的太阳系四大巨行星来说，它们通过向内的迁移，逐渐在各种力量的拉扯中找到了平衡点，运动轨迹也慢慢平稳、规律起来。
“就像高速路上正常行驶的车辆，大家相对匀速，相互之间保持着适当的距离。”论文的通讯作者和第一作者刘倍贝告诉《中国科学报》。
但奇怪的是，按照这个想法推演，位于太阳系外侧的四个巨行星，轨迹并不会像如今这般。
“现今四大巨行星之间的距离比太阳系早期时更宽了。”刘倍贝说。
天文学家推测，在行星轨道演化的过程中，巨行星轨道曾经发生过剧变。
“就像车辆突然变速发生碰撞追尾等事件一样，车辆的间距被打乱了，原先有序的状态被打破了。”刘倍贝说。
可是，如此一来，又一个新的问题出现了：是什么让巨行星轨道发生了剧变？
图：太阳像巨型吹风机一般吹走原行星盘中的气体（图片来源：刘倍贝）
【著名模型留下的困惑】
对于巨行星轨道的剧变问题，天文学家们提出过各种模型，其中，最为流行的名叫“尼斯”模型（Nice）。
这个模型出现于2005年。当时，模型的创立者连发三篇《自然》论文，在天文学界轰动一时，模型也因为创立者来自于法国尼斯蔚蓝海岸天文台而得名。
然而，在轰动的同时，尼斯模型依然留有一些困惑。
目前天文学家认为，太阳系诞生早期，气体盘演化到晚期时，太阳辐射的高能光子直射在气体盘上，形成强劲的光压首先吹散了靠近太阳的气体，使盘的内部出现中空结构，之后，光压又由内向外逐步驱散盘中的剩余气体。
“这一过程被称为‘光致蒸发’。 太阳就好比一个巨型吹风机，不断吹走盘中的气体。”刘倍贝说。
尼斯模型认为，盘里的气体耗散后，巨行星与外部的星子盘（由直径为数公里到上百公里的星子组成）相互作用不断交换轨道能量，最终引发了巨行星轨道的动力学不稳定。
该模型还由此判断，因为巨行星与遥远星子交换能量的过程十分缓慢，所以巨行星轨道的剧变发生在太阳系诞生数亿年之后，属于“晚期不稳定”。
“地球在太阳系诞生后的3000万年至1亿年期间长成，如果如尼斯模型所预期，那么，巨行星轨道不稳定发生在地球形成之后，产生的强烈扰动会破坏地球的轨道，而这与现今观测到的情况不符。”刘倍贝说。
他告诉记者，巨行星的动力学不稳定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小天体不断撞向其他行星和卫星，在星体表面留下陨石坑。但研究月球的科学家发现，月球陨石坑有着广泛的年龄分布，小行星撞击事件 并没有在某一段时期突然增多。
【前人忽略的关键细节】
尼斯模型留下的困惑，也是刘倍贝一直在思考的问题。2019年的一天，刘倍贝收到了一封来自海外的电子邮件，这封邮件促成了他的此次研究。
“我们怀疑，太阳系巨行星轨道发生不稳定的时间有可能比尼斯模型预期的更早。”邮件中，国际上两位行星动力学专家把他们的想法告诉了刘倍贝。
这两位专家分别是法国波尔多大学教授肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)和美国密歇根州立大学教授塞思·雅各布森(Seth Jacobson)，他们后来成为了刘倍贝此次研究的合作者。
两位教授都看到了刘倍贝等人此前发表在国际期刊《天文学与天体物理学》杂志上的论文。论文中，刘倍贝等人研究了“为什么在其他的多行星系统里，很多超级地球行星并不是像太阳系行星这样平稳而有序地运转”，研究中他们提出一种“反弹”设想，认为原行星盘气体耗散导致行星轨道发生了重大变化，并使其脱离平稳状态。
雷蒙德和雅各布森都觉得论文很有启发，在一次见面中，他们分享了各自的想法，并决定给那篇论文的通讯作者刘倍贝发一封邮件。此后他们通过电子邮件、会议等各种形式开始了交流，随着讨论越来越深入，三人都觉得到这项研究意义重大。
讨论中，他们发现，前人的研究忽略了一个关键细节——气体盘耗散过程中，行星会受到气体作用力而发生反向运动。
“这一过程类似于打羽毛球，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。
通过理论计算，他们发现，由于靠近太阳内边界的地方炙热，气体快速耗散，当气体盘内边界由光致蒸发向外扩张时，原本向内迁移的行星改变运动方向，随内边界共同向外移动。
由于太阳系巨行星的质量不同，所以它们“反弹”后向外迁移的速率也不同，从而打破了彼此间原本和谐稳定的轨道距离。
【巨行星轨道不稳定发生在地球形成之前】
根据设想和理论计算的数据，他们进行了巨行星轨道演化的模拟实验。
实验结果显示，按照“反弹”模型的设想，原初四大巨行星与另一个冰巨星在气体盘耗散时，发生了大幅度轨道变化，冰巨星与木星发生碰撞后被甩出太阳系，而达到稳定的四大巨行星的最终轨道分布与现今观测吻合。
此外，他们的研究还表明，巨行星轨道的不稳定发生在太阳系诞生后约三百万到一千万年间。“也就是说，不同于尼斯模型的推测，我们认为，在地球诞生之前，巨行星轨道的不稳定情况就已经发生了。”刘倍贝说。
“巨行星轨道演化对其他行星、卫星和小天体的演化，地球以及生命的起源，宜居特性等多方面影响深远。”刘倍贝认为，新模型可以更好地解释后续形成的类地行星的的质量和轨道构型，这些都是它有别于传统模型之处。
对于这一研究成果，期刊的匿名评审人认为：“该模型很可能是太阳系演化理论中缺失的成分，文章新颖且意义重大。”
“未来我们还将进一步探究巨行星轨道演化对地球形成及其水起源的影响等问题。”刘倍贝说。https://t.cn/A6X7ESOk
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