【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

【郑永年:#中国动态清零政策其主观能动性是保护生命# 】4月20日,博鳌亚洲论坛2022年年会在海南省博鳌镇拉开帷幕。香港中文大学深圳教授郑永年教授通过线上的形式就媒体关注的热点问题进行解读回答。

环球时报记者提问,想问您一下俄乌冲突导致全球很多国家关注安全问题,像能源安全、粮食安全、供应链安全,想问一下目前情况包括俄罗斯遭到制裁对于中国意味着什么,我们应该哪些方面加强准备?

郑永年表示,俄乌战争造成的安全问题,我想各个领域都有,包括传统安全领域也包括非传统安全领域的,传统安全领域核武器跟核扩散,核扩散我们面临很大的挑战,白俄罗斯的一些国家已经通过国家修改宪法,修改宪法可以用核,一些小国家对大国的担心恐惧也有一些国家包括我们的邻居日本韩国都在讨论关于核的问题,美国跟盟友国分享核武器,这一波刚刚开始还在进行,核扩散的压力已经很大了。

“当然能源、还有供应链危机这些事情,我想欧洲国家更有感觉,因为欧盟基本上40%多的依赖俄罗斯能源供应,因为德国50%多的依赖俄罗斯能源,这个就是美国跟欧洲制裁俄罗斯,能源方面留了一个口子,他们现在讨论长远来说怎么样去俄罗斯话,这个长远来说是可以讨论的,短期的一个国家能源上面依赖另外的一个国家,40%多甚至50%多,你要换另外的一个买家的话,我想很难。”

郑永年指出,俄乌战争对欧洲国家的影响非常大,伴随着的还有粮食危机,乌克兰是世界的粮仓,俄罗斯供应很大一部分的化肥,乌克兰的拖拉机。供应链危机方方面面,更麻烦的是全球贸易体系的破坏,因为全球贸易共识,这些东西实际上并不是一个国家政府做起来的,未来全球贸易商贸大家设计的制度,现在一来随意的把它武器化对于国际的经济系统是一个非常严重的打击。

他称,俄罗斯对西方国家所做的制裁主要是回应西方国家对于俄罗斯所做的制裁,西方国家也制裁俄罗斯,当然这个是更泛化的,这个老百姓没有多大的关系,西方制裁已经延伸到不仅仅是一个国家了,而是整个民族,这个安全挑战系统方方面面各个层次都有,我们现在慢慢都会展现出来这个深度。

郑永年表示,对于我们国家来讲,教训非常深刻的,因为我们国家比俄罗斯更难,俄罗斯简单的是能源,中国的强项主要供应链,我们的主要供应链是中低端的供应链,我们通过改革开放40年,我们开放情况下成长起来的,我们的世界体系还是一个真正的世界经济体系的一部分,从这个角度来说,如果美国、西方在哪些方面发生冲突了,要制裁,我觉得对他自己对中国的伤害也会深,自己的伤害也会深。

郑永年觉得到,不是说我们考虑如何制裁这种问题,而是得保证这个世界经济体系相对正常运行,这个是非常重要的,制裁也好,不制裁也罢,世界经济体系还是要运行的,如果要是战争大家前面制裁的话,所以现在担心现在看到的美国俄罗斯、欧洲俄罗斯或者中美,大家要看一下印度做什么,现在俄乌战争以后改变了整个国际的结构,大家谁也不相信谁,因为都把经济各个方面武器化。

所以现在国际关系出现了新封建主义化,印度、俄罗斯实际上也是想高自己的团伙,如果这样的话,不仅仅我们所说的去全球化、反全球化,而是逆全球化,完全是另外的一种形式,以及过去几十年来讲,中国跟欧盟,欧盟跟北美,这样的WTO跟全球化向相的,现在大家更像一个近代国家产生以前的封建,另外一个方面他们做的就是所谓的价值基础至上的同盟,这个对于国际体系又是一个破坏,所以我觉得我们俄乌战争对于世界格局的影响,远远不只是你刚才所说的安全两个字,整个体系以后呈现出来完全不同的形式,这种不同的称之为国际关系、国际秩序的新封建化影响到我们每个国家、每个人。

中新社记者提问,郑教授您好,我想问的是西方媒体近期对中国的动态清零策略持反对态度,有的宣称中国这个政策剥夺自由,也有的说中国做法影响世界经济,您如何看待这种情况?

郑永年回应称,中国采取动态清零的政策,其本身的主观能动性就是保护人们的生命,而西方老百姓看到早期死了那么多人,西方人说你活着是你的,他们的死亡也有自由,如果他们选择自由的死亡也好,西方大部分的老百姓也不是自由的选择死亡。他们的政府、他们的国家是无能为力做不了不能提供有效的保护死亡,没有一个人会选择自由的死亡,所以这一点我是不认同的。

至于说是不是对于世界经济的破坏,郑永年觉得“绝对不是”,中国新冠肺炎发生以来,对于世界经济的贡献远远多余任何一个国家,现在为什么大家对于中国抱有那么多问题,因为中国改革开放40年我们经济体成长,我们现在经济体是世界经济体的一部分,很多欧美国家中低端的供应链跟中国分不开,他们要求中国非常非常高的依赖度。但是,即使这样,你说中国大家比较一下稳定世界经济的贡献,哪一国家能够比得上中国?

再者,他们对于中国不理解,我们是动态清零,动态清零不只是清零,我们还是要有一个早期的清零政策,武汉开始到我们现在的动态清零,我们也是根据疫情本身的性质变化,现在奥密克戎调整政策。

郑永年指出,西方看中国的疫情已经意识形态化,你想自由、民主,这些东西放在新冠里面这个有什么相关性,如果这样的批评的话,西方相信的是达尔文主义。西方很多老人老百姓,尤其像欧洲的老人死得多社会负担反而减轻了,这个价值观的批评,你要看怎么样防控疫情,你还是要回到科学、回到理性,而不是大家从意识形态出发来批评。

他同时强调,我们自己也得与时俱进的摸索怎么样如何有效的方式,西方死了那么多人,我并不认为他们每个人都是自由的选择死亡。

光明日报记者提问,前一段时间您在我们报纸上刊发了一篇文章,写着意识形态不能凌驾于科学之时,探讨了意识形态对于抗疫的影响,尤其西方知识分子对于抗疫的影响,您觉得西方意识形态,所谓民主非民主的阵营划分阵营这种情况,尤其俄乌冲突发生之后对于世界经济产业链、供应链、全球治理等方面会有什么影响,以及更加重要的是中国应该又怎么样的应对政策?

郑永年表示,意识形态能够从历史上看,大家可以看到苏联冷战时期两个意识形态阵营怎么样形成,对于世界的影响怎么样的。实际上过去40年无论哪个国家,哪一种主义,你说西方的自由民主主义也好,中国的社会主义也好,包括中东的一些宗教色彩的国家,他们都在追求自己的现代化,这个现代化当然根据他们自己的文明、文化、国庆的现代化,所以大家有一个共识,才会全球化。

郑永年指出,全球化并不是说光是一种贸易投资这种流动,这个世界范围内的流动,包括人才思想这些流动,所以前面的四十年,每个国家的现代化都跟全球化一样运行的。

“美国从特朗普开始两极化,特朗普刚开始主要是搞中美贸易投资,但是拜登上台甚至没有上台的时候已经用意识形态来建立世界秩序。首先他把中美关系简单的界定为美国民主,俄乌冲突更加的变本加厉,美国把所谓民主团结(美国跟欧洲国家),同时把中国跟俄罗斯联系在一起,中国、俄罗斯的社会专制初心,美国也把这个战争定义为文明专制,把自己放在民主文明这一边,把中国跟俄罗斯放在专制这一边。北约是站在边缘,它一点反思没有,对于世界的体系造成致命影响,八十年代的美国跟世界是一体化、互相依赖的。从高度互相依赖的角度来说,现在要两极化,西方建立以美国民主为中心的一极,还有中国另外的一极,搞这种两极化”,郑永年觉得我们要踏踏实实看问题美国真的很难做,美国有这种民主专制来分化这个世界,但是美国很难成功。

欧洲团不团结?郑永年表示,现在因为俄乌战争,整个欧盟暂时跟美国站在一起了,但长远来看,并非如此。首先,欧盟之间因为俄乌战争,德国一下子提高到2%,现在没有话说不上,俄罗斯是一个敌人,大家针对俄罗斯的德国有一个军事化。

“如果俄罗斯的这个问题解决了之后欧洲怎么样?德国的军事化需要欧洲地位的效果,欧亚跟东亚的影响效果一样,法国怎么样想?英国已经脱欧了,这种情况下欧洲会团结吗?我并不认为欧洲会团结,如果俄罗斯不被打垮,还可以说俄罗斯是一个敌人,如果俄罗斯弱化了,欧洲的矛盾并不是西欧跟俄罗斯的矛盾,可能欧洲之间的矛盾,大家不要忘了一战二战都是欧洲主要国家的战争,跟当时的苏联没有多少关系。”

另外,美国跟欧洲团结了吗?如果美国把中国跟俄罗斯放在一起,美国同样也绑架了欧洲,欧洲老百姓为什么不满,因为美国现在是一个观察家,它除了火上浇油以外,不承担欧洲各个国家所承担的能源危机、粮食危机、供应链危机,它自己战争不利,欧洲哪个国家不利。

郑永年称,尽管大家看到了联合国里面很多国家道义上面谴责战争,谴责战争并不是说这些国家都跟美国站在一起,这是两个方面,非常典型的是印度,印度这次有没有跟美国站在一起,它没有跟美国站在一起,印度公开的大量的购买俄罗斯的能源,购买了之后还出口欧洲,土耳其有没有跟美国站在一起。

把美国所说的两极化所谓民主专制,首先一个不符合事实,另外相处的不会太好,如果这个民族意识形态,大家对于美国式的民主,西方民主国家内部已经发生了很大怀疑,更不用说美国在中东的大民族计划的失败,谁会认为美国的民主自由是普世价值的,我们注意美国搞两国化,我们有力量避免美国的两极化,我们也不必要过渡的担心,美国搞两极化世界就两极化了吗?主要是我们跟美国欧洲的关系,主要是美国西方资本主义国家,中国跟西方的国家很难突破,更不用说中国跟其他国家的经济体,我们还是用平常心看美国这些,我们也要意识到这个问题,我们还要有一些有效的举措,改革开放方面我们要加快,我们跟世界的关系越紧密,美国越搞不了两极化。

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