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科学家发现,太阳系这种组合非常稀有,在宇宙中万里挑一

魅力科学君  · 公众号  ·  · 2024-08-24 10:53

主要观点总结

文章介绍了太阳系在宇宙中的稀有性,主要是由于太阳系有三个与众不同的特点:行星质量差异大、行星分布得太分散、岩石行星太小。科学家提出的“大迁徙假说”解释了这些特点是如何形成的,该假说认为木星在太阳系早期经历了一个迁徙过程,这个过程对太阳系产生了深远的影响。

关键观点总结

关键观点1: 太阳系的特点与宇宙中的其他行星系统的对比

太阳系中的行星质量差异大,行星分布得太分散,岩石行星较小。与其他行星系统相比,这些特点使得太阳系非常稀有。

关键观点2: 太阳系行星质量差异大的原因

木星在太阳系早期吸收了大量本该属于其他行星的物质,造成了太阳系行星质量差异大的情况。

关键观点3: 太阳系行星分布及岩石行星大小的影响

木星和土星向太阳系外侧反向迁移的过程中,会产生复杂的引力作用,带动其他行星运行轨道外扩,进而大幅拉开了太阳系各大行星之间的距离。此外,这个过程中,太阳系内侧可能没有足够的物质形成超级地球。

关键观点4: 大迁徙假说的主要内容和影响

大迁徙假说认为,木星在太阳系早期经历了一个迁徙过程。这个理论解释了为什么太阳系会有上述特点,强调了木星迁徙对太阳系整体构成的重要影响。


正文

人类曾经认为地球是宇宙的中心,天上的日月星辰都在围绕着地球运行,后来人类才发现,原来地球只是太阳中的一颗行星,而在浩瀚的宇宙中,太阳也只是一颗不起眼的恒星,再后来,人类又发现宇宙中的恒星普遍都有自己的行星系统,于是人们就理所当然地认为,太阳系在宇宙中也应该是平平无奇的。

然而随着观测水平的不断提升,人类发现的系外行星也越来越多,在研究了大量的系外行星后,科学家却逐渐发现,与其他的行星系统相比,太阳系这种组合非常稀有,其稀有程度堪称是在宇宙中万里挑一。为什么这么说呢?这是因为太阳系有三个与众不同的特点。

第一个特点是,太阳系中的行星质量差异太大。在太阳系八大行星之中,除了地球与金星、以及天王星和海王星的质量比较接近之外,其余相邻的行星之间的质量差异都很大,尤其是木星,其质量之庞大,以至于它的质量,大概是其他的7颗行星的质量之和的2.5倍之多。

而其他的行星系统的情况却大不相同,已知的观测数据表明,拥有多颗行星的行星系统之中,行星的质量分布普遍都比较均匀,相邻的行星,特别是相邻的同类型的行星,其质量差异普遍都相差不大。

第二个特点是,太阳系中的行星分布得太过分散。在太阳系中,仅仅是距离太阳第四近的行星——火星,其公转轨道半长轴就有1.52个天文单位,而距离太阳最远的行星——海王星,其公转半长轴更是高达30.07个天文单位。

(注:“天文单位”是天文学中用来计量天体距离的一种单位,其数值取地球和太阳的平均距离,大约为1.5亿公里)

相对而言,在其他的行星系统之中,行星之间的距离却要近很多,往往在距离主恒星零点几个天文单位之内,就运行着四五颗行星,甚至更多。

(↑图为部分已知的多行星系统,底部的“AU”即天文单位,可以看到,与太阳系中的行星相比,这些系外行星的分布显得非常“紧凑”)

第三个特点是,太阳系中的岩石行星太小。相信大家听说过“超级地球”,简单来讲,所谓超级地球,就是指比地球更大的岩石行星。观测数据表明,在已知的系外行星之中,超级地球所占的比例达到了30%左右,而与地球差不多大,或者比地球更小的岩石行星却很少,而我们都知道,太阳系中最大的岩石行星,其实就是地球……

(↑图为已确认的系外行星,其中的“Neptune-like”、“Gas Giant”、“Super Earth”、“Terrestrial”、“Unknown”分别是:与海王星类似的冰巨星、气态行星、超级地球、与地球差不多大或比地球更小的岩石行星、未知类型的行星)

正是因为这三个特点,使得太阳系这种组合非常稀有,但问题是,为什么会这样呢?对此,科学家提出了多种假说,其中一种被称为“大迁徙假说”(Grand tack hypothesis)的理论得到了较高的认同。







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