【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

接连下了几天的雨,从短袖破洞裤又穿回厚外套长裤子。但这乱穿衣的季节,好像穿什么都不为过。
天上的云朵,一会儿团成一团,一会儿又被风吹散。
二师兄买的西瓜又甜又好吃,以及我们吃过的那些火锅~
短发真的是[苦涩],早起洗头都快成为日常了,想念长发,还可以坚持久一些。
单位的五一福利是真的实惠啊,居家过日子的赶脚~
终于盼到了放假的日子,不同于其他地区的六天假,还是很爽的。

陆阳X小耳朵
山区支教老师X大山出来的孩子

这是一个普通的贫困山区,和全国各地的其他贫困山区没什么两样。陆阳初来乍到,搭十四个小时的火车转大巴,一下车就是一阵昏天黑地的吐。

同行的其他老师和他比起能称得上有经验,递过来一瓶矿泉水,说你省着点喝,干净的水源在这座大山里和石油差不多稀有。陆阳抬起头,看见破败的墙壁后,露出一张张生涩黝黑的稚嫩脸庞。这些都将是他的学生。

这是一座再平凡不过的大山,贫穷,土地干裂,缺乏水源,教育资源落后,一年之中烈日能暴晒九个月。正好陆阳来支教这九个月。

他的家境也不算多好,但是第一次见到如此大面积的贫困,仿佛掉入贫民窟。其他都能忍,但是缺乏水源令他焦头烂额。

他还算好,男人嘛,短发冲洗方便,同行的女教师哀嚎遍野,要在这里待九个月,卫生巾带的都不够,更别说这里会有便利店卖生活用品了。他理解女同胞的难言之隐,主动去找校长,问能不能解决生活用水的问题,不需要纯净水,生水也成,我们自己烧。

校长也挺为难,他自己都用不上多少水,可又不能亏待大老远跑来这偏远山区支教的老师们,他挠挠后脑勺上仅存的三根白毛,说成,我想办法!

于是陆阳遇见了小耳朵,小耳朵负责每周给支教老师送两次水。这枯燥痛苦的九个月生活终于迎来一点曙光。

小耳朵姓肖,陆阳第一次和他搭话就发现他的听力不好,听校长说是遗传,他妈妈他外婆耳朵都有毛病。这里的孩子好像多数都有些疾病,智力低下,甚至是白化病,校长苦哈哈说这里的人没有文化,又多数沾亲带故,大部分是近亲……

他话说到这里就没有继续了,也不需要继续,陆阳是有文化的知识分子,怎么会不知道他的意思。校长说这里出生率一年比一年低,好多孩子早夭,都是吃了没文化的亏,哪怕整座山只有一个小学,哪怕整个学校的学生加起来不到一百人,他也想教书育人,这些孩子已经是没文化诞生的悲剧产物,至少不应该,不能让更多残疾的孩子出生,不能再有更多的小耳朵。

小耳朵只是听力有问题,其他沟通交流没有障碍,他生在大山长在大山,骨子里的淳朴。每周送水来都是小心翼翼抱着两大桶水,生怕一个趔趄溢出去一滴。在这里,一滴水的价值堪比一颗珍珠。

陆阳和其他老师都住在学校里的教室宿舍,他住一楼,小耳朵每次都先给他送水。陆阳见这人和自己差不多大,忍不住和他搭话,得知小耳朵家在山上,每次来送水都要爬两座山,白天在家帮外婆干农活,傍晚从家出发爬山过来,所以每次水送到宿舍都是深夜。

陆阳担心他这么晚再爬山回去危险,次数多了就留他在宿舍过夜。说了两次小耳朵才听清,摆着手拒绝,说这么热的天爬山过来,自己一身的汗,怕熏到城里来的老师。

陆阳说没事,这不是有水嘛,怕臭你就洗洗。小耳朵更惶恐了,他从出生到现在就没用过这么干净的水洗澡。陆阳也不和他浪费口舌,直接上手扒他衣服,帮他搓背时发现他背上不少晒伤留下的红印子,麻绳勒出的痕迹,虎口都是刀痕,陆阳没说话,默不作声把水浇到他脊背上,小耳朵被热水激得浑身一个激灵。

小耳朵家里穷,就读过三年书,认得大部分字,但是因为听力不好,他的发音有些偏差,听起来像口音,又和大山里其他山民的口音不太相似。

小耳朵问他城里有什么,陆阳说有小耳朵。

小耳朵笑着说你别逗我,陆阳说没逗,真有,一种藏在耳朵里的小耳朵,戴上它就能听清楚别人说话。小耳朵眼里都是向往,问我戴上了就能听清陆老师说话吗?

陆阳侧过头看他,看他在月光下皎洁得过分美丽的脸庞,不答反问:你想听清我说话吗?

小耳朵用力点头,说想的。于是陆阳靠了过去,唇瓣几乎要贴上他的耳廓,眼里盯着他发红的耳朵说了好多话,都是小耳朵没听过的,陆阳说那叫诗。他在他耳边念了一夜的诗。

八月进入最高温,大山烫得像烧烤架上的肉,从宿舍楼走到教学楼就能湿掉一件衬衫。陆阳苦中作乐,说上一节课跟蒸桑拿似的,小耳朵问他什么是蒸桑拿,陆阳解释是一群人进到一间屋子里一起闷出汗来,小耳朵不解,说你们城里人真有意思,这么热的天不吹风扇喝凉水,居然还嫌不够热汗不够多。陆阳笑笑没说话。

但是小耳朵听出他对这鬼天气的抱怨,一周两次的送水变成了三次。陆阳很惊喜,虽然杯水车薪但是聊胜于无,他跑去向校长道谢,校长正拿两张考卷扇风,说送水还是一周两次没有变。

陆阳愣住,说小耳朵已经连续一周三次送一个月了,校长沉默了一会儿,垂下眼睫说,那是他自己送的吧。

半夜翻山很是危险,山路陡峭,送水的活只能找年轻力壮的男人,校长当初找到小耳朵,许诺他一周来送两次水,作为报答送他半桶水。

在这贫瘠的土地上钱反而最无用,水源才是人人趋之若鹜的东西。陆阳去问了其他老师,其他老师依旧是一周两次送水,送水人还是小耳朵。

只有陆阳的水是一周三次,第三次水是小耳朵翻山越岭拿命换来的。

陆阳疼得心尖儿发颤,看他掌心皮肤又皲裂了,默默转身擦了泪,回过头又是一张笑颜,招呼他:辛苦啦!今天也留下来吧,我给你擦背!

九个月的时光并不短暂,拿到车票那天陆阳发了半天呆。隔天晚上小耳朵又来送水,这是这周他第四次来送水。

小耳朵放下水桶还主动帮他烧水,嘴里念叨着陆老师你又把衣服乱放不叠好,你说你这样一个人可怎么过好日子,他喋喋不休说着,不等陆阳答,好像他听不见就可以不在意答案。

陆阳走到桌边,这是房间里除床外唯一的家具。他抽出夹在课本里的火车票递给小耳朵,小耳朵愣了愣,眼里起了一层雾,眼眶红得很快,嘴巴张了张,最后露出一个比哭还难看的笑容。

不该这样的,小耳朵平时笑起来很好看的。

小耳朵抬头盯着天花板上的电灯,这栋楼年久失修,光线很差,灯泡也暗淡,像这座大山里出生的人的一生,黯淡无光。

“挺好的,挺好的。”小耳朵边说边掉眼泪,还不忘牵起嘴角的弧度,“回城里也要好好过日子啊,记得按时吃饭别挑食,多吃青菜有好处的,还有袜子不要和内裤一起混着洗,……”

“哎呀瞧我操心的,陆老师肯定晓得的。”小耳朵说到这里停顿,后背一拱一拱的,停不下来,“那你,那你记得找个对象,好好照顾你,陆老师你要、你要好好的啊……”

陆阳走过去搂住他,一下一下轻抚他的背,浅浅一声叹息后才开口:“我搭学校的大巴车回去,这是火车票,给你的。”

小耳朵俯在他肩膀的头抬起,露出一张茫然懵懂的脸:“我的?”

陆阳的手从他背上移到他脸上,他脸上还有斑驳的泪痕,睫毛被泪花打成一缕一缕纠在一起,陆阳的指背刮过他泛红的眼睑,郑重点头:“我知道这里还有你放不下的人和事物,等你收拾好一切,我在城里等你。”

陆阳又在他耳边读了一夜的诗,小耳朵红着脸,说这些诗怎么和你之前念的那些不一样啊,听着怪让人脸红的?陆阳说这是情诗。小耳朵问他什么是情诗,陆阳卖了个关子,说等你来城里,我再告诉你。

……

年关已过,落了一地鞭炮残渣混在还未被阳光消融的雪里,等着清洁工人来清扫。陆阳往大山寄过信,不知道小耳朵收到没,他认得字,陆阳也教他写过字,就是不知道他会不会寄信,早知道当初该手把手教他的。

远在这座城市之外的某个偏僻小镇,小耳朵刚下大巴车,这是他第一次搭大巴车,晕车实在不好受,但是他没吐,抱紧了怀里外婆的骨灰盒,一步也不敢歇息赶往火车站。

校长说火车站扒手多,你要小心,东西尽量少带,能放身上就放身上,于是他只带上了外婆的骨灰盒,和当初陆阳给他的火车票。那张火车票攥在手里浸了汗被捏得皱巴,他时不时掏出来看一眼,发现皱了又赶紧展开、摊平,拜一拜外婆,然后用骨灰盒压一压火车票。

陆阳说等他收拾好一切,放下大山里的执念,陆阳在城里等他。他不知道城里人说的话算不算数,但是陆老师说话一定算数,他想去见识见识蒸桑拿,想戴上陆老师说的戴上就能听清楚的耳朵里的小耳朵,想听陆老师给他念情诗,想看看陆老师有没有好好吃饭,是不是还在挑食,衣服是不是还混在一起洗,拧也拧不干净……

他想做的事情有很多,但是这些事如果不和陆阳一起做就没有意义,他要让自己的人生从这一刻起变得有意义。

火车轰鸣声巨大,响得他耳朵发疼,火车上孩童嬉闹乱跑,中年男人打牌时夹杂一两句脏话,售票员提醒大家小心扒手丢失物品不管,小耳朵抱紧了怀里的骨灰盒,那张火车票紧紧贴着盒子底部。

他随着这列火车去找寻为他念情诗的陆老师。


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