躁動的太陽系

2013年2月15日，當(dāng)?shù)貢r間9時20分，一塊直徑15米的隕石在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克上空爆炸。由此產(chǎn)生的沖擊波震碎了方圓300米內(nèi)建筑的玻璃窗，掀翻當(dāng)?shù)匾患抑其\工廠的房頂，上千人因玻璃扎傷或其他傷情被送醫(yī)院救治。同樣是在2013年，百萬網(wǎng)友在線觀看了有45億年歷史的艾桑彗星在橢圓軌道中一頭撲進太陽，最后只剩下一團煙塵的毀滅過程。

2019年，科學(xué)家在查看巡天望遠(yuǎn)鏡歷史照片時被嚇出一身冷汗。這些照片顯示一顆直徑為130米的小行星曾與地球擦肩而過，當(dāng)時它與地球之間的最近距離僅為7.1萬千米，相對于地球的速度高達(dá)8.85萬千米/時。這次事件發(fā)生一個多月后才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。

車?yán)镅刨e斯克隕石。

并非偶然

地球所處的太陽系并不平靜。小行星帶、柯伊伯帶和奧爾特云中存在大量不穩(wěn)定的碎片，它們是太陽系制造行星時留下的碎屑。據(jù)推測，最終成為車?yán)镅刨e斯克隕石的流星可能形成于約3萬年前小行星帶中的一次強烈碰撞?？乱敛畮挥诤Ｍ跣擒壍乐?。奧爾特云是包圍太陽系的一圈云狀隕石圈，也是艾桑彗星的故鄉(xiāng)。

車?yán)镅刨e斯克災(zāi)難過后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)隕石撞擊地球的實際概率比之前模型預(yù)測的結(jié)果還高：車?yán)镅刨e斯克級別的隕石撞擊地球的概率比之前的預(yù)測值高10倍。長期來看，這種級別的隕石撞地事件并非偶然，太陽系所有行星都逃不過被小行星撞擊的命運——它們要么會被撞出現(xiàn)有軌道，要么會在猛烈撞擊下支離破碎。

太陽系中充滿不穩(wěn)定的碎片。

行星搬家

根據(jù)太陽系形成與進化的最新理論，行星遭到大型小行星撞擊并非罕見。雖然太陽系目前很穩(wěn)定，但太陽系行星在形成初期并未處于現(xiàn)行軌道。就算是現(xiàn)在看來穩(wěn)定的軌道，也只是暫時穩(wěn)定而已。如果你漫游整個銀河系，在經(jīng)過50億年的漫長旅行后，回到地球的你會發(fā)現(xiàn)水星早已不在，地球軌道也已偏心并離開可居住地帶，生命已經(jīng)從地球上幾乎絕跡。

長久以來，科學(xué)界一直相信地球和太陽系其他行星在形成之初的樣子和軌道位置與今天的狀況并無二致。13 世紀(jì)有天文學(xué)家用幾何學(xué)模型描述整個宇宙。直到人類進入太空時代，仍有不少科學(xué)家堅持這種宇宙固定不變的荒誕觀念。

其實，行星軌道經(jīng)常發(fā)生變化。20世紀(jì)70年代，不斷有模擬太陽系形成過程的理論模型提出一種看似荒謬的假說：太陽系內(nèi)所有行星正在遠(yuǎn)離太陽。盡管天體物理學(xué)家通過紙上計算就已得出這個結(jié)論，科學(xué)家們卻隨即就把此事丟在一邊——沒有人把太陽系行星遷移當(dāng)回事。

直到幾十年后，一系列新發(fā)現(xiàn)迫使科學(xué)家重拾這個假說。1995年，科學(xué)家探測到了飛馬座51b行星。距離地球50光年的它發(fā)出暗黃色光芒，它也是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆環(huán)繞類似太陽的恒星（飛馬座51）的系外行星。飛馬座51b為氣態(tài)行星，大小接近木星。

太陽系中的行星并不像鐘表那樣精準(zhǔn)運行，位移和碰撞是太陽系的“家常便飯”。

因為飛馬座51b的軌道過于靠近其母恒星，所以科學(xué)家猜測它形成于更遠(yuǎn)的軌道。

科學(xué)界曾經(jīng)認(rèn)為，只有在遠(yuǎn)離母恒星的星系內(nèi)寒冷空區(qū)才能形成類似飛馬座51b的大型氣態(tài)行星。但飛馬座51b近距離環(huán)繞母恒星，近得都要被燒焦了。對此的唯一合理解釋是，飛馬座51b當(dāng)初可能在遠(yuǎn)離母恒星的區(qū)域形成，后來由于某種原因被拉到了靠近母恒星的軌道?？茖W(xué)家開始將這顆行星稱為“熱木星”，并普遍認(rèn)為它只是一個特例。

但在接下來的一年里，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了兩顆熱木星。迄今為止發(fā)現(xiàn)的熱木星已達(dá)數(shù)百顆。隨著科技的進步和研究的深入，熱木星數(shù)量無疑還會刷新。一些行星的運行軌道很扁，還有些行星甚至繞恒星反向運轉(zhuǎn)，只有行星軌道遷移學(xué)說才能解釋這些不可思議的現(xiàn)象。

孕育行星

在相對準(zhǔn)確模擬新生太陽系的新模型中，行星的位置移動很平常。難點是如何讓行星處在穩(wěn)定軌道上。由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)可以看出，在新生星系中所有幼年行星最初都呈現(xiàn)為一團氣體塵埃漩渦，行星最終就誕生于這團被稱為原行星盤的物質(zhì)中：在起初的幾百萬年里行星不過是沒有成形的碎片，不停旋轉(zhuǎn)的原行星盤將形成一個波紋樣的密集物質(zhì)集中區(qū)，碎片在這個區(qū)域內(nèi)來回移動、碰撞、融合……

原行星盤質(zhì)量可達(dá)最終成形行星的1000倍，可推著行星移動很遠(yuǎn)，因此，科學(xué)家意識到早期太陽系堪稱亂撞的碰碰車。該理論可輕松解釋困擾了科學(xué)家很久的諸多難題：火星為什么這么??？小行星帶是怎么形成的？為什么地球的實際化學(xué)構(gòu)成與模型預(yù)測結(jié)果大相徑庭……

太陽系形成過程中的各個階段（示意圖）。

木星躁動

“碰碰車?yán)碚摗敝匦略忈屃说厍蚝吞栂灯渌行切纬蛇^程。今天，木星到太陽的平均距離為地球到太陽距離的5.2倍，公轉(zhuǎn)周期為11.8個地球年。根據(jù)科學(xué)家的新解釋，木星誕生于更遠(yuǎn)離太陽的系內(nèi)空間。木星可能形成于太陽系誕生后500萬年內(nèi)，再經(jīng)過一系列巨大碰撞和來回遷移，木星才停留在今天的軌道上。

科學(xué)家用計算機模擬了木星形成過程：首先，木星被巨大質(zhì)量的原行星盤拖到今天火星軌道所在位置，大概是1.5倍日地距離;接著，木星朝著遠(yuǎn)日方向遷移，所到達(dá)的位置比木星現(xiàn)在的位置還遠(yuǎn);最后，在新形成的土星的引力影響下，木星被迅速拉回一段距離，最終停在今天的木星軌道上。整個過程或耗時500萬年，在太陽系的歷史中只是轉(zhuǎn)瞬一刻。

如此巨大的天體——木星竟然在太陽系內(nèi)來回遷移，將太陽系搞得一團糟。木星遷移過程就像滾雪球，橫掃路徑上一切天體。幸運的是，在木星如此移動時地球還不存在，否則地球就已墜進太陽，或成為黑暗宇宙中的碎片了。木星對人類居住的內(nèi)太陽系的影響是間接的：木星沖進冰隕石和小行星密集的空間，將富含水分的物質(zhì)向兩邊推開，這些物質(zhì)最終被成長的地球接納。也就是說，現(xiàn)在地球上大多數(shù)水的存在是木星遷移的結(jié)果。

木星這種巨型天體在太陽系內(nèi)的遷移對于其路徑上的天體是毀滅性的。

木星軌道的遷移重塑了太陽系的方方面面：清掃了原始小行星帶，改變了彗星帶的分布，幫助形成了其他天體，也限制了火星成長?；鹦且虼顺蔀橐活w寒冷、沒有大氣的星球——如果火星曾經(jīng)誕生過生命，那就太倒霉了。