失蹤的大行星
在幼年的太陽周圍有一些塵埃氣體,它們是太陽形成后的殘留物。這些塵埃環(huán)繞在太陽的周圍,成為一個巨大的圓環(huán),這個圓環(huán)就是未來形成大行星的原料。在這個圓環(huán)中,揮發(fā)性的物質變成了氣體,只留下堅硬的巖石成為較小的行星。還有另一些揮發(fā)性的氣體,在更遠的地方變成了冰冷的物質,它們組成了體積龐大的木星、土星、海王星和天王星。
這種說法由來已久,但是現在人們才發(fā)現,這其中存在的矛盾越來越多?,F在的天文學家可以在計算機上演示恒星和行星的誕生,當然也包括太陽系的誕生。他們發(fā)現,按照計算機演示,在火星的位置應該有一顆大行星,這顆行星應該有十幾倍的地球質量,但現實是僅有一顆可憐的火星,質量只相當于地球的11%。不僅火星太小,就連它的鄰居——地球的質量也很小,它倆合在一起的質量還不到預計行星的1/10。
這2個小個子的存在顯然不符合演化模型。天文學家認為,這里丟失了很多的質量。不僅如此,尋找日外行星的研究者也提出了同樣的疑惑:他們已經在很多太陽系以外的恒星身邊找到了幾千顆行星,這些恒星身邊都有質量較大的行星,包括被稱為“超級地球”的巖石行星,還有像木星這樣的類木行星。恒星身邊都有大行星,這種情況在宇宙中十分普遍,但太陽系就是這么奇怪,較大的行星都在太陽系的外側。
逼入太陽系
天文學家認為,太陽系在早期形成的時候,可能不是這樣的。那時候,在內太陽系,也就是靠近太陽的地方應該存在一顆大行星。只不過它被土星和木星這2個巨無霸欺負,驅趕著它靠近了太陽,最后墜落到太陽上面,成為了太陽的一部分。
雖說木星的質量只有太陽的千分之一,但木星的質量是另外7顆行星質量總和的2.5倍。土星也不簡單,這就讓它們有了巨大的引力,而且它們也不是在目前這個位置形成的。
就拿木星來說,它是在3.5個天文單位的地方形成的。一個天文單位,也就是地球到太陽的距離。換句話說,它誕生的那個地方是地球與太陽距離的3.5倍。在那個地方形成之后,它并沒有閑著,而是一圈又一圈地邁著螺旋舞步靠近太陽,直至來到距離太陽1.5個天文單位的地方。但它并沒有在此停留太久,它又開始向外擴張,環(huán)繞太陽運行的軌道一圈比一圈大,最后來到了現在距離太陽5.2個天文單位的地方。
與木星一起遷移的還有另一個巨無霸——土星,據推測,土星可能是在木星外側4.5個天文單位的地方形成的。之后它也經歷了一次靠近太陽的運動,最后又隨木星一點點地向外擴張,走到了今天距離太陽9.5個天文單位的地方。
木星和土星都是太陽系的巨無霸,擁有強大的影響力。當它們向著太陽系內側遷移時,會把本來更靠近太陽的行星排擠掉。受到這樣聯手的打擊,這些行星的運行軌跡會一圈比一圈小,最終墜落到太陽上面。那木星和土星為什么沒有墜落到太陽上呢?這是因為它們最終形成了軌道共振,也就是木星圍繞太陽公轉3圈,土星就會公轉2圈,這種軌道共振是一種穩(wěn)定的關系,起到了緊急剎車的作用。因此可以說,土星和木星是一對同盟,它倆在聯手逼死了一顆太陽身邊的大行星后,自己趕緊踩了剎車。
被拋入邊疆
研究日外行星的科學家認為,行星的遷移在一個行星系中是很常見的事情。它能把其他行星推進深淵,最終墜入恒星,也能把其他大行星排擠掉,將它們甩入行星系的外圍。
當冥王星還是第九大行星的時代,人們就一直認為,太陽系還存在第十大行星。當冥王星被除名時,人們以為對太陽系邊疆了解得足夠多了。但是這個時候,有跡象表明,太陽系邊疆存在一顆質量很大的行星,它的質量大得出奇,絕不是普通的柯伊伯帶天體??乱敛畮祗w的總質量僅僅與月球差不多,它們是由塵埃環(huán)最邊緣的物質形成的。太陽系最邊緣的物質實在太少了,只能形成這些小天體,那么,太陽系邊緣的這個大行星必然是在太陽系內側形成,而后遷移到太陽系邊緣的。它之所以會跑到太陽系的邊疆,也是因為土星和木星的遷移造成的。
當木星和土星形成了軌道共振,穩(wěn)定下來后,更外側的天王星和海王星也隨之穩(wěn)定了下來。接下來,天王星和海王星也形成了軌道共振,達到了同盟的作用。這兩對同盟的共同作用阻止了外太陽系的星體進入太陽系的內部。同時,它們也一起使勁,把本來該在柯伊伯帶形成的大行星排擠到了太陽系的邊疆。
之前,這顆遭到排擠的大家伙被稱為“第十大行星”,冥王星被除名后,它又被稱為“第九大行星”。這是一個神秘的大行星,迄今也未在我們眼前露面,但已有的證據表明,它就隱藏在太陽系的邊疆。這顆大行星直徑應該有1000千米,它的軌道公轉周期長達1000年。