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太阳系的湍流结构很快被当前的行星结构所取代

太阳系的湍流结构很快被当前的行星结构所取代

巴西研究人员开发的模型显示,在巨行星形成后的1亿年内,物体进入当前轨道的混沌阶段。

关于太阳系起源于巨大的气体和尘埃云团的假设,在18世纪下半叶首次提出。它由德国哲学家伊曼努尔·康德提出,由法国数学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯提出。这是现在天文学家的共识。由于现在有大量的观测数据、理论输入和计算资源,它一直在不断完善,但这不是一个线性过程。

也不是没有争议。直到最近,太阳系被认为是由于在它形成后大约7亿年的一段动荡时期而获得了它现在的特征。然而,一些最新的研究表明,它形成于更遥远的过去,在1亿年前的某个阶段,很可能在1千万到6千万年前之间。

三名巴西研究人员进行的一项研究为这种早期结构提供了有力的证据。据发表在《伊卡洛斯》杂志上的一篇文章报道,这项研究得到了FAPESP的支持。这些作者都隶属于圣保罗州立大学工程学院(FEG-UNESP)。(巴西)。

第一作者是Rafael Ribeiro de Sousa。另外两位作者是André这项研究的主要负责人是Izidoro Ferreira da costato和Ernesto Vieira Neto。

太阳系的湍流结构很快被当前的行星结构所取代

从对太阳系的详细观测中获得的大量数据使我们能够精确地确定许多围绕太阳运行的天体的轨道。里贝罗告诉法新社记者。这种轨道结构使我们能够写出太阳系形成的历史。大约46亿年前,这些巨大的行星从围绕着我们的恒星的气体和尘埃云中浮现出来,它们的轨道彼此距离更近,也更靠近太阳。它们的轨道也比现在更共面,更圆,在共振动力系统中相互联系更紧密。这些稳定的系统是由气态原行星盘形成的行星引力动力学最有可能的结果。

Izidoro提供了更多细节。四大行星的英文:参考例句:木星、土星、天王星和海王星;从气体和尘埃云中以更紧凑的轨道出现;他说。由于共振链,它们的运动是强烈同步的,木星绕太阳转了三圈,而土星转了两圈。所有的行星都参与了由原始气体盘的动力学和行星的引力动力学所产生的这种同步性。

然而,整个太阳系的形成区域,包括区位于当前的天王星和海王星轨道之外,星子的太阳系有庞大的人口,小身体的岩石和冰的构建块行星和小行星的先驱,彗星和卫星只

外部的星子盘开始扰乱系统的引力平衡。在气相之后,共振被打断,系统进入了一个混乱的时期,在这个时期,巨大的行星猛烈地相互作用,并将物质喷射到太空中。

冥王星和它的冰邻居们被推到了柯伊伯带,也就是他们现在所在的地方,所有的行星都迁移到了离太阳更远的轨道上。里贝罗说。

柯伊伯带由荷兰天文学家杰拉德·柯伊伯于1951年提出,后来通过天文观测证实了它的存在。它们轨道的多样性在太阳系的其他任何地方都看不到。柯伊伯带的内边缘从海王星轨道开始,距离太阳大约30个天文单位(AUs)。它的外边缘距离太阳约50个天文单位。一个天文单位大约等于地球到太阳的平均距离。

回到同步性的中断和混沌阶段的开始,问题是这是什么时候发生的;在太阳系形成的早期,也就是1亿年或更晚的时候,也就是在行星形成后7亿年左右?

直到最近,晚期不稳定假说一直占主导地位。里贝罗说。对阿波罗号宇航员带回的月球岩石的年代测定表明,这些岩石是由小行星和彗星同时撞击月球表面而形成的。这场大灾难被称为“后期重轰炸”。的月亮。如果它发生在月球上,那么它也可能发生在地球和太阳系的其他类地行星上。因为大量的小行星和彗星的形式在各个方向投影太阳系行星不稳定期间,推断从月球岩石,这段混乱的时期发生较晚,但近年来的《;bombardment&rsquo末;月亮已经失宠了。

根据里贝罗的说法,如果后期的混沌灾难发生了,它将会摧毁地球和其他类地行星,或者至少会引起扰动,将它们置于与我们现在观察到的轨道完全不同的轨道上。此外,阿波罗号宇航员带回的月球岩石是由一次撞击产生的。如果它们起源于晚期巨行星的不稳定性,考虑到巨行星对星子的散射,就会有几个不同影响的证据。

我们研究的出发点是认为不稳定性应该是动态确定的。这种不稳定只有在气体耗尽时,在星子盘的内边缘和海王星的轨道之间有一段相对较大的距离时才会发生。在我们的模拟中,这个相对较大的距离被证明是不可持续的。里贝罗说。

这个论证基于一个简单的前提:海王星和星子盘之间的距离越短,引力的影响就越大,因此不稳定的时间也就越早。相反,后期的不稳定需要更大的距离。

我们所做的是第一次雕刻出原始的星子圆盘。为了做到这一点,我们必须回溯到冰巨星天王星和海王星的形成过程。基于Izidoro教授(费雷拉·达·科斯塔[Ferreira da Costa])在2015年建立的一个模型的计算机模拟显示,天王星和海王星的形成可能起源于几个地球质量的行星胚胎。这些超级地球的大规模碰撞可以解释,例如,为什么天王星在它的一侧自转;里贝罗说,他指的是天王星的倾斜度,南北两极位于它的两侧,而不是顶部和底部。

之前的研究已经指出海王星轨道和小圆盘内边界之间距离的重要性,但他们使用的模型中,这四颗巨行星已经形成。这项最新研究的新奇之处在于,该模型并非始于完全成形的行星。相反,天王星和海王星仍处于成长阶段,而成长的驱动力是两到三次碰撞,碰撞的物体质量达到地球的五倍。Izidoro说。

想象一下这样一种情况:木星和土星形成了,但我们有5到10个超级地球,而不是天王星和海王星。超级地球被迫与木星和土星同步,但由于数量众多,它们的同步性波动,最终发生碰撞。碰撞减少了它们的数量,使得同步性成为可能。最后,天王星和海王星被留下。

当两颗冰巨星在气体中形成时,星子盘正在被消耗。一部分物质被吸积到天王星和海王星上,另一部分被推到太阳系的外围。因此,天王星和海王星的增长决定了星子盘内边界的位置。剩下的就是柯伊伯带了。柯伊伯带基本上是原星子盘的遗迹,原星子盘曾经比现在大得多。

所提出的模型与巨型行星一致;在柯伊伯带观测到的当前轨道和结构。这也与特洛伊人的运动相一致,特洛伊人是一群共享木星轨道的小行星,据推测是在同步中断时被捕获的。

根据Izidoro在2017年发表的一篇论文,木星和土星仍在形成中,它们的增长导致了小行星带的位移。最新的这篇论文是一种延续,从木星和土星完全形成但仍保持同步的阶段开始,描述了从那时起太阳系的演变。

巨行星和星子盘之间的引力相互作用在气盘中产生了扰动,扰动以波的形式扩散。这些波产生了紧凑的同步行星系统。当气体耗尽时,行星与星子盘之间的相互作用破坏了同步性,产生了混沌相。考虑到所有这些因素,我们发现,海王星轨道与小圆盘内边界之间的距离不存在大到足以支持晚期不稳定假说的条件。这是我们研究的主要贡献,它表明不稳定发生在前1亿年,而且可能发生在,例如,在地球和月球形成之前。里贝罗说。

早期巨行星不稳定性的动力学证据Rafael de Sousa Ribeiro, Alessandro Morbidelli, Sean N. Raymond, Andre Izidoro, Rodney Gomes和Ernesto Vieira Neto, 2020年3月15日,Icarus。

DOI: 10.1016 / j.icarus.2019.113605

FAPESP通过向Ribeiro提供的博士奖学金和海外研究实习奖学金资助了这项研究;向Izidoro颁发青年研究员奖学金和青年研究员补助金;和轨道动力学中小天体相关性的专题项目,该项目的首席研究员是奥斯顿·卡波·温特。

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