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小行星带 像岩石般的环形护城河一样环绕着内太阳系,从火星轨道延伸到木星轨道。但是,这条护城河中有空隙,最明显的是木星的轨道影响尤其强烈的地方; 任何不幸冒险进入 那些所谓的柯克伍德空隙 之一(以数学家丹尼尔·柯克伍德命名)的小行星,都会受到扰动并从舒适的小行星带中喷射出来,经常最终 与 其中一颗内部岩石行星(如地球)或月球发生碰撞。
但是,木星的引力无法解释今天小行星带的耗竭程度,也无法解释小行星在整个小行星带中分布不均的情况——除非根据新的研究,在太阳系早期历史上发生过行星迁移。
研究报告的共同作者 David Minton 和 Renu Malhotra 教授,亚利桑那大学 月球与行星实验室 的行星科学家,在图森,今天在《自然》杂志上报告 说,四十亿年前木星和土星的轨道迁移可能解释了观察到的小行星分布。
研究人员设计了一个计算机模型,模拟了在外围“气态巨行星”影响下的小行星带,使他们能够测试行星轨道随时间变化所产生的分布。Minton 说,一个轨道保持静态的模拟与观测证据不符。“有些地方,”他说,“应该有比我们看到的更多的小行星。”
另一方面,一个模拟木星早期向内迁移和土星向外迁移的模拟,这是与太阳系形成过程中残留的星子(小天体)相互作用的结果,更符合观察到的小行星带布局。研究生 Minton 说,小行星的不均匀分布“很容易用其他人研究过的行星迁移过程来解释”。特别是,“如果木星最初离太阳稍远一些,然后向内迁移到当前位置,”它在小行星带中形成的空隙也会向内移动,使小行星带看起来非常像现在的样子。
科罗拉多州博尔德市空间科学研究所的行星动力学专家 Joseph Hahn 说,这项新研究支持了早期行星迁移的观点。“模拟和观测到的小行星分布之间的高度一致性,”他说,“实际上非常引人注目。”马萨诸塞理工学院的行星科学家 Jack Wisdom 说,该领域的大多数人都普遍接受行星迁移理论。“真正有趣的问题,本文没有解决,是迁移的模式,”他说——小行星带是否可以用来排除一种相互竞争的迁移模式理论。
Hahn 说,这项新研究提出的一个问题是行星轨道变化的速度。Minton 和 Malhotra 的模拟假设了一个相当快速的迁移,为一百万或两百万年,但 Hahn 说,“其他海王星早期轨道演化的模型倾向于表明迁移进行得慢得多”,超过数千万年。“我怀疑对太阳系早期历史的后续研究也将不得不调和这两个截然不同的时间尺度,这有望使人们对太阳系早期演化有更深入的了解。”