冰和尘埃块在遥远的奥尔特云中安家,有时会脱离轨道,像条纹彗星一样进入太阳系。一些由过往恒星以及与银河系的其他相互作用引起的扰动非常剧烈,足以将奥尔特彗星送入绕地球运行甚至与地球碰撞的轨道。新的模拟揭示了一种它们进入我们太阳系部分的新机制,这种方法也表明,彗星雨可能并未强烈参与地球上的重大灭绝事件。
彗星动力学在很大程度上取决于木星和土星:它们巨大的引力场倾向于使物体远离地球。传统观点认为,设法绕过木星和土星的彗星必定起源于奥尔特云的外围区域,在那里,来自太阳系外部的扰动可以被最强烈地感受到,并且在需要数百年才能完成的巨大彗星轨道上被放大。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。
华盛顿大学的内森·凯布和托马斯·奎因的计算机模拟颠覆了这种观点。他们发现,即使在没有引起彗星雨的大规模扰动的情况下,设法跨越木星-土星屏障的彗星实际上也大量起源于内奥尔特云。具体而言,他们发现,通过与巨行星的相互作用,相对较近的内奥尔特云天体可以被踢到外云的范围。这些新近遥远的彗星突然享受着更长的轨道和来自星际空间的更大引力扰动,它们的轨道可能会发生如此大的变化,以至于当它们再次通过行星区域时,它们会滑过气体巨星。“它们基本上可以跳过木星-土星屏障,”凯布说。
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凯布和奎因估计,我们观察到的来自奥尔特云的彗星中,有一半以上是通过这条路线到达我们附近的,其他研究人员也认为该模拟似乎有效。“这种机制,我们称之为动力路径,可能会起作用,并可能是一个重要的贡献者,”美国宇航局喷气推进实验室的高级研究科学家保罗·韦斯曼说。
新的研究提出了一条彗星产生的路线,“在一定程度上”解决了标准模型与观测结果之间的差异,普林斯顿高等研究院的天体物理学家斯科特·特雷梅因说。“其中一个问题是[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,一个似乎与我们从其他来源获得的最佳估计不相容的原行星盘,”特雷梅因说。
凯布和奎因利用他们新发现的机制以及观察到的彗星数量,来估计内奥尔特云中可能存在的物质数量的上限。然后,他们制作了一个统计模型,模拟了在过去数亿年中彗星雨中撞击地球的彗星数量。他们的结论是:大型彗星雨很少发生,因此可能没有导致超过一次的灭绝事件。
利用彗星动力学来解开地球上的灭绝历史可能会引起一些争议。韦斯曼指出,凯布和奎因分析的灭绝影响将涉及彗星雨,而不是一般的彗星,即使彗星雨的轮廓有所减弱,也不能排除彗星在灭绝中的作用。他指出,一次大的撞击,而不是一系列小的撞击,就足以引发灭绝。
注:本文最初印刷时的标题为“并非一成不变(或冰冷)”。