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一年几次,来自深空的访客会光临地球附近。这些不速之客通常是和平而来,它们会近距离掠过,足以被我们看到,然后继续它们的旅程。
这些不速之客是彗星,是由冰和尘埃组成的条纹状小球,它们从远离太阳和行星的常驻地被剥离出来:奥尔特云。这个理论上的云层以荷兰天文学家扬·奥尔特的名字命名,他在 1950 年假设了它的存在,据信它包含数十亿甚至数万亿颗彗星,这些彗星离太阳的距离是地球离太阳距离的数千到数万倍。奥尔特云彗星偶尔会被附近恒星的经过或与银河系其他部分的相互作用推入轨道,从而进入内太阳系。
在罕见的极端恒星遭遇期间,大量的奥尔特云彗星被抛射出去,其中一些最终进入了掠过甚至撞击地球的轨道。一些理论认为,这些彗星雨可以解释地球上的一些灭绝事件,就像 6500 万年前的小行星或彗星撞击被广泛认为是恐龙灭绝的幕后原因一样。
彗星动力学的传统观点长期以来认为,能够绕过木星和土星而不被这些巨大行星的引力影响抛出的彗星,必定起源于奥尔特云的外围区域,那里的太阳系外扰动可以最强烈地感受到,并且在大彗星轨道上被放大,这些轨道需要数百年才能完成。该理论认为,只有在由近距离恒星经过引起的彗星雨期间,极端的引力扰动才会将内奥尔特云彗星带入其中。
但是,科学杂志今天在线发表的一篇新论文认为,能够跨越太阳系所谓的木星-土星屏障的彗星实际上大量起源于内奥尔特云,即使在没有引起彗星雨的大规模扰动的情况下也是如此。更重要的是,作者表示,这种新揭示的机制意味着彗星雨可能不是过去重大灭绝事件的罪魁祸首。
根据华盛顿大学西雅图分校的研究生 Nathan Kaib 和他的博士生导师 Thomas Quinn 进行的模拟,内奥尔特云中相对较近的天体可以通过与巨大行星的相互作用暂时被踢到外云的范围。那些新近散布的彗星,突然拥有了更长的轨道和来自星际空间的更大引力扰动,可能会发现它们的轨道发生了如此大的变化,以至于当它们再次穿过行星区域时,巨大的行星障碍已经被清除。“它们基本上可以跳过木星-土星屏障,”Kaib 说。
“这种机制……可能奏效”
Kaib 和 Quinn 估计,我们看到的超过一半的来自奥尔特云的彗星是通过这条路线到达我们附近的,并且该领域至少有两位研究人员同意该模拟似乎是可信的。“这种机制,这种动力学路径,正如我们所称的,可能奏效,并且可能是一个重要的贡献,”NASA 喷气推进实验室(位于加利福尼亚州帕萨迪纳)的高级研究科学家 Paul Weissman 说,他没有参与 Kaib 和 Quinn 的研究。
普林斯顿高等研究院的天体物理学家 Scott Tremaine 说,这项新研究提出了一条彗星产生路线,“这种路线以前没有被考虑过,并且在某种程度上解决了至少一个问题……即[标准]模型与观测之间存在差异的问题,”他也没有参与新的奥尔特云研究。
“问题之一是[彗星形成过程的传统观点]效率太低;为了产生我们看到的彗星数量,你需要一个非常巨大的原行星盘,这个原行星盘似乎与我们从其他来源获得的最佳估计不符,”Tremaine 说。“这可能有助于解决这个问题。”
对灭绝事件的影响
Kaib 和 Quinn 使用他们新发现的机制以及观测到的彗星数量,来设定内奥尔特云中可能存在多少物质的估计上限。考虑到内奥尔特云彗星到达内太阳系的过程效率,“如果不产生比我们今天看到的更大的彗星通量,就很难在其中容纳更多的天体,”Kaib 说。
研究人员使用该上限,制作了一个统计模型,预测在过去数亿年中,彗星雨中预计有多少彗星撞击地球。Kaib 和 Quinn 发现,始新世末期的一次疑似轰击,大约发生在 3500 万年前,一些人认为这导致了部分物种灭绝,可能是过去 5 亿年来最大的一次。
“从统计学上讲,应该每 5000 万或 1 亿年发生一次近距离恒星经过,因此这已被提议作为产生许多此类灭绝事件的可能机制,”Kaib 说。“因此,基本上我们表明,你可能能够产生一次轻微事件,但除此之外,它们真的不是产生多次灭绝事件的可靠机制。”
将这些发现扩展到解开地球上的灭绝历史可能会比新的彗星产生机制引起更多争议。“当然,任何外推法都是冒险的,”Tremaine 说。“我认为这是一个有趣的结果,但不是本文最有趣的结果,因为……这类计算总是涉及对我们所知内容的外推。”
Weissman 指出,灭绝的含义涉及彗星雨,而不是一般的彗星,即使彗星雨的轮廓有所缩小,也不能排除它们在灭绝中的作用。“仅仅因为观测到的‘最大’彗星雨没有造成重大灭绝,并不意味着其他彗星雨不会造成重大灭绝,”他说,并补充说,很可能不是撞击的次数,而是最大撞击的程度可以消灭物种。
Weissman 说,如果来自彗星雨和来自其他时期的零星彗星撞击足够多,“再加上彗星的预期大小分布,很可能会有几次大撞击被包括在内,而这些大撞击每次都可能导致一次灭绝。”