为何水星与太阳之间空无一物?

时间:2019-07-23 来源: 历史
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译文:华子干

翻译:田园校对小组

编曲:陶邦辉

后台:Kutlia Avuka Li Ziqi

当Michelle Mayor和Didier Queiroz于1995年发现第一颗系外行星Pegasus b时,天文学家发现它们与主星之间的距离仅为惊人的0.05。天文单位比水星与太阳之间的距离小7倍(0.38天文单位)。事实上,如果我们把所有已知的系外行星都放入太阳系中,它们中的大多数将落在水星和太阳之间的真空中。例如,开普勒11在水星的轨道距离内有五个行星,而没有太阳系。

如果这么近的行星如此常见,为什么它不在太阳系中呢?在新发表的文章中,天文学家克里斯托弗斯伯丁认为太阳本身会抑制水星轨道内行星的存在。正如前一篇文章所述,形成行星的基本元素(称为恒星)不是在小于0.3天文单位的区域形成的。斯伯丁进一步表明,强烈的太阳风将吹走所有的小星星。当形成行星的基本单位在太阳附近失踪时,行星的形成变得更加困难。

原始太阳的力量

太阳是我们太阳系的核心,通过其核心核反应照亮所有行星。但同时,太阳也将带电太阳原子的太阳风吹入太阳系。强烈的太阳风包含了由太阳磁场发射的质子、电子和α粒子。当这些粒子轰击地球大气层时,它们将照亮地球南北两侧的极光。如果没有大气层的保护,地球上的生命将受到严重威胁。

在早期的太阳系中,小恒星面临着更严重的威胁。太阳风过去比现在强得多。当太阳刚刚形成时,它有一个更强大的磁场和更高的旋转速度,这两个都贡献了当前太阳风质量的十倍。当恒星通过太阳风时,带电粒子介质的向外运动将使恒星远离太阳(如太阳风等介质对通过它的物体运动的影响)。当然,较小的恒星更容易被吹走。

受太阳风影响的天体有多大?

斯伯丁考虑了太阳风对三颗小恒星(10米、100米和1000米)造成的径向运动的大小。星子最初的位置是0.1天文单位,考虑到1亿年的影响,这是地球形成所需时间的两倍。在这些模拟中,斯伯丁发现,在1亿年的尺度上,大于1000米的天体只会被推到大约0.2天文单位的位置。但是一个100米长的天体将在300万年内达到0.3天文单位,从而阻止了水星中可能的石质行星的形成。

丢失了多少材料?

尽管小恒星的数量远远大于大恒星的数量,但大部分恒星仍然存在于大恒星中。因此,如果有大量的大型恒星,即使所有的小恒星都被太阳风吹走,也不会产生很大的影响。然而,斯伯丁认为,如果木星最初可以提供星星,那么这根本就不是问题。人们普遍认为,当气体巨行星由尘埃盘产生时,它们将从它们产生的位置向外迁移,通常更靠近恒星。天文学家已经提出,木星从太阳系中一个非常遥远的位置迁移到1.5个天文单位,然后土星的形成将它拖到距离太阳5.2个天文单位的位置。当木星穿过太阳系内部时,它也会带来许多恒星 - 甚至是地球质量的10到20倍。如果发生这种情况,那么水星轨道内的大多数恒星都是木星进入太阳系内部的结果。

如果这些恒星的轨道变化足够大,可以从太阳系的周边移动到太阳,那么最大的恒星很可能会碰撞并坍塌!在这些碰撞之后,长达100公里的恒星将自发地分解成约100米的恒星,大大增加了受太阳风影响的恒星数量。斯伯丁发现,如果所有超过100公里的恒星都被分解成较小的天体,那么至少0.1倍的小恒星质量就会从水星轨道中被吹走。这相当于水星质量的两倍。

无法填充的真空

当所有尺寸小于100米的天体被吹离水星轨道时,行星的形成变得如此缓慢,以至于天体难以生长到行星的大小。像水星和地球这样的石质行星开始从胚胎形成(超过1000公里,或大于最大的小行星,谷神星),并与其他胚胎或较小的恒星碰撞。没有大量的小物体,这些胚胎就失去了与其他天体发生碰撞的机会。因此,当碰撞的概率很低时,生产行星大小的物体需要更长的时间。

然而,如果这个过程耗时太长,水星和其他形成的行星将有时间改变这些胚胎的轨道,使它们很有可能移出太阳系并与其他行星相撞。再加上太阳风的影响,这将导致水星内部缺少小型天体,并且缺乏足够大的天体来形成行星。

与以前的理论比较

有理论认为水星内没有行星,因为这个区域没有恒星(10到100公里)。这一理论提出了另一个假设。如果通过木星迁移将大量恒星和迷你恒星(10到100米)带到这个区域会发生什么?作者用这样的理论回答了这个问题:小天体将被原始太阳的星风吹走。简而言之,可以看出有两种截然不同的方式来解释同一问题。当我们更好地理解这种现象时,我们可以更好地了解太阳系是否真的如此特殊。

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郭皓存

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我们银河系统的核心

Image Source: NASA,SOFIA,Hubble

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当Michelle Mayor和Didier Queiroz于1995年发现第一颗系外行星Pegasus b时,天文学家发现它们与主星之间的距离仅为惊人的0.05。天文单位比水星与太阳之间的距离小7倍(0.38天文单位)。事实上,如果我们把所有已知的系外行星都放入太阳系中,它们中的大多数将落在水星和太阳之间的真空中。例如,开普勒11在水星的轨道距离内有五个行星,而没有太阳系。

如果这么近的行星如此常见,为什么它不在太阳系中呢?在新发表的文章中,天文学家克里斯托弗斯伯丁认为太阳本身会抑制水星轨道内行星的存在。正如前一篇文章所述,形成行星的基本元素(称为恒星)不是在小于0.3天文单位的区域形成的。斯伯丁进一步表明,强烈的太阳风将吹走所有的小星星。当形成行星的基本单位在太阳附近失踪时,行星的形成变得更加困难。

原始太阳的力量

太阳是我们太阳系的核心,通过其核心核反应照亮所有行星。但与此同时,太阳也将太阳风从带电的太阳能原子吹入太阳系。强太阳风包含由太阳磁场发射的质子,电子和α粒子。当这些粒子轰击地球大气层时,它们将照亮地球北部和南部的极光。如果没有大气层的保护,地球上的生命将受到严重威胁。

在早期的太阳系中,小星星面临着更严重的威胁。太阳风过去比现在强得多。当太阳刚刚形成时,它具有更强的磁场和更高的旋转速度,这两者都是当前太阳风质量的十倍。当恒星穿过太阳风时,带电粒子介质的向外运动将使恒星远离太阳(例如太阳风等介质对通过它的物体运动的影响)。当然,较小的恒星将更容易被吹走。

受太阳风影响的天体有多大?

斯伯丁考虑了太阳风对三颗小星(10米,100米和1000米)引起的径向运动的大小。星子原本处于0.1天文单位的位置,考虑到1亿年的影响,这是地球形成所需时间的两倍。在这些模拟中,斯伯丁发现,在1亿年的规模上,一个大于1000米的天体只会被推到约0.2天文单位的位置。但是,一个100米的天体将在300万年内达到0.3天文单位,防止在水星内形成可能的石行星。

丢失了多少材料?

尽管小恒星的数量远远大于大恒星的数量,但大部分恒星仍然存在于大恒星中。因此,如果有大量的大型恒星,即使所有的小恒星都被太阳风吹走,也不会产生很大的影响。然而,斯伯丁认为,如果木星最初可以提供星星,那么这根本就不是问题。人们普遍认为,当气体巨行星由尘埃盘产生时,它们将从它们产生的位置向外迁移,通常更靠近恒星。天文学家已经提出,木星从太阳系中一个非常遥远的位置迁移到1.5个天文单位,然后土星的形成将它拖到距离太阳5.2个天文单位的位置。当木星穿过太阳系内部时,它也会带来许多恒星 - 甚至是地球质量的10到20倍。如果发生这种情况,那么水星轨道内的大多数恒星都是木星进入太阳系内部的结果。

如果这些恒星的轨道变化足够大,可以从太阳系的周边移动到太阳,那么最大的恒星很可能会碰撞并坍塌!在这些碰撞之后,长达100公里的恒星将自发地分解成约100米的恒星,大大增加了受太阳风影响的恒星数量。斯伯丁发现,如果所有超过100公里的恒星都被分解成较小的天体,那么至少0.1倍的小恒星质量就会从水星轨道中被吹走。这相当于水星质量的两倍。

无法填充的真空

当所有尺寸小于100米的天体被吹离水星轨道时,行星的形成变得如此缓慢,以至于天体难以生长到行星的大小。像水星和地球这样的石质行星开始从胚胎形成(超过1000公里,或大于最大的小行星,谷神星),并与其他胚胎或较小的恒星碰撞。没有大量的小物体,这些胚胎就失去了与其他天体发生碰撞的机会。因此,当碰撞的概率很低时,生产行星大小的物体需要更长的时间。

然而,如果这个过程耗时太长,水星和其他形成的行星将有时间改变这些胚胎的轨道,使它们很有可能移出太阳系并与其他行星相撞。再加上太阳风的影响,这将导致水星内部缺少小型天体,并且缺乏足够大的天体来形成行星。

与以前的理论比较

有理论认为水星内没有行星,因为这个区域没有恒星(10到100公里)。这一理论提出了另一个假设。如果通过木星迁移将大量恒星和迷你恒星(10到100米)带到这个区域会发生什么?作者用这样的理论回答了这个问题:小天体将被原始太阳的星风吹走。简而言之,可以看出有两种截然不同的方式来解释同一问题。当我们更好地理解这种现象时,我们可以更好地了解太阳系是否真的如此特殊。

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