本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点。
火星一直是类地行星家族中的幼童。它的半径是地球的一半，质量仅为地球的十分之一多一点，它比婴儿水星大，但不如地球和金星那样成熟。现在看来，早期太阳系中木星的一些不守规矩的行为可能是造成这颗红色行星发育迟缓的原因。
行星诞生于原行星盘中。这些旋转的圆盘充满了气体和宇宙尘埃，它们的中心标志着一颗原恒星，这颗原恒星是在圆盘的一部分发生引力坍缩时开始形成的。圆盘中的大部分物质都用于制造年轻的恒星；剩下的最终变成行星、卫星和小行星。我们可以看到这与今天的太阳系相符：太阳包含太阳系总质量的 99.86%。在剩余的极小部分质量中，气体巨星——木星、土星、天王星和海王星——是最大的贡献者，占 0.14% 中的 99%。
气体巨星比类地行星形成得更早，需要数百万年才能从原行星盘中出现。类地行星停止生长的时间要长得多——大约 3000 万到 5000 万年。行星科学家迄今为止提出的大多数模型产生的火星都比我们今天看到的要大得多。先前的研究表明，较小的火星确实有道理，但前提是早期太阳系中的星子盘——包含岩石、冰和行星的雏形——存在于年轻的太阳和地球现在所处的位置之间的空间中。如果更远的地方有任何固体物质，那么产生的火星质量又会完全错误。这似乎与地球之外存在的小行星带不符，更不用说构成太阳系行星总质量大部分且距离更远的气体巨星了。
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现在看来，了解气体巨星在它们和其他行星仍在形成时的运动可能是解决火星体积过小之谜的关键。在发表在《自然》杂志上的一篇论文中，科学家们描述了他们如何运行早期太阳系的计算机模拟，这些模拟显示了木星的运动如何缩短了类地行星（如地球和火星）后来形成的星子盘。这些模拟能够产生一个星子盘，其延伸距离不超过日地距离，称为一个天文单位 (AU)，以及一个与我们看到的火星质量相符的火星质量。
在由法国尼斯蔚蓝海岸天文台的 Kevin J. Walsh 和 Alessandro Morbidelli 进行的模拟中，木星从它在 3.5 天文单位处形成的位置向内移动到距离太阳仅 1.5 天文单位的位置。3.5 天文单位被认为是气体巨星形成的有利距离，因为它超过了“雪线”——冰、氨和甲烷可以凝结成冰粒的距离。当木星向内移动时，土星保持不动。此时气体巨星仍在生长，一旦土星达到地球当前质量的六十倍，它也开始向内迁移。一旦土星赶上木星，它们又开始向外迁移，并拖动年轻的天王星和海王星一起迁移。随着气体盘的消散，气体巨星的迁移速度减慢，它们在模拟中达到的最终排列与我们今天看到的相符。
木星在模拟中的运动清空了小行星带，但随后又重新填充了它。它还有助于解释不同小行星带区域成分的差异。小行星带占据火星和木星之间的空间。通常认为内小行星带在 2-3 天文单位左右结束，外小行星带从那里延伸到气体巨星之外。内小行星带包含更多富含硅酸盐的小行星，而外小行星带的小行星更可能富含碳。在模拟中，内小行星带和外小行星带来自太阳系的不同位置；内小行星带最初离太阳更近，外小行星带在外行星中形成。木星和土星的迁移稍微震动了这两个群体，并产生了重叠，但使它们保持足够的分离，尽管它们现在并排坐着，但今天仍然可以明显区分。
这些发现也揭示了太阳系外行星的生命。科学家们已经知道一段时间了，系外行星系统似乎表现出迁移现象。“热木星”是与木星大小和成分相似的气体巨星，它们被发现靠近其主恒星。它们不可能在如此靠近恒星的位置形成，因此被认为向内迁移了。直到现在，科学家们还认为这种行为是不寻常的，因为它不像我们自己的行星系统的形成。现在，看来我们的太阳系可能不像我们曾经认为的那么特殊。
参考文献
Walsh KJ, Morbidelli A, Raymond SN, O'Brien DP, & Mandell AM (2011)。木星早期气体驱动迁移导致火星质量较低。《自然》，475 (7355), 206-9 PMID: 21642961