行星是如何誕生的？太陽系又是如何演化的？近日，浙江大學(xué)發(fā)布該校物理學(xué)院研究員劉倍貝與法國波爾多大學(xué)教授雷蒙德、美國密歇根州立大學(xué)教授雅格布森共同提出的太陽系巨行星軌道演化新模型。這項成果在北京時間4月27日刊登于《自然》雜志，劉倍貝是論文的第一作者兼通訊作者，浙大物理學(xué)院為第一單位。

　　“今天我們所見太陽系的行星軌道，與太陽系‘童年’時期有很大不同。”劉倍貝說，追尋太陽系早期動力學(xué)不穩(wěn)定的原因，是國內(nèi)外學(xué)界非常關(guān)注的問題。

　　描述太陽系巨行星演化當(dāng)前最流行的是Nice模型，該模型認(rèn)為：軌道不穩(wěn)定發(fā)生在太陽系誕生數(shù)億年之后，那時，原行星盤氣體耗散，巨行星與外部的星子盤相互作用不斷交換軌道能量，最終使得行星擺脫共振束縛并引發(fā)動力學(xué)不穩(wěn)定。

　　劉倍貝團(tuán)隊提出，可以用氣體盤的耗散來解釋行星軌道的演化，這是先前模型沒有考慮到的因素。“在氣體盤演化的晚期，太陽輻射的高能光子直射行星盤，形成的強(qiáng)勁光壓首先吹散了靠近太陽的氣體，行星盤內(nèi)部出現(xiàn)了中空的結(jié)構(gòu)。后續(xù)光壓由內(nèi)向外逐步驅(qū)散盤中剩余氣體，行星盤質(zhì)量伴隨著盤內(nèi)邊界向外擴(kuò)張而減小，這個過程被稱為行星盤的光致蒸發(fā)。”劉倍貝說，這時太陽就好比一個巨型吹風(fēng)機(jī)，不斷“吹”走盤中的氣體。

　　“我們的研究表明，該過程導(dǎo)致的動力學(xué)不穩(wěn)定緊隨著氣體盤耗散，在太陽系誕生后約500萬到1000萬年間發(fā)生。有別于Nice模型，我們的模型中巨行星軌道不穩(wěn)定發(fā)生的時間更早。”劉倍貝說。

　　“我們能從月球隕石坑的年齡找到新的佐證。”劉倍貝介紹，巨行星動力學(xué)不穩(wěn)定會打破太陽系原有的平靜，它們強(qiáng)大的引力擾動迫使周圍小天體不斷撞向其他行星和衛(wèi)星，并在星體表面留下隕石坑。

　　劉倍貝說：“月球隕石坑有著廣泛的年齡分布，小行星撞擊事件隨時間自然衰減，這也與我們團(tuán)隊提出的早期不穩(wěn)定模型研究更自洽。”

　　此外，類地行星的軌道也支持劉倍貝團(tuán)隊的“反彈”模型。根據(jù)觀測，原始地球形成于原行星盤階段，在太陽系誕生后3000萬至1億年間最終長成。如果不穩(wěn)定發(fā)生在地球完全形成之前，巨行星軌道動蕩有概率觸發(fā)大碰撞事件，誘發(fā)原始地球與一個火星大小的天體相撞，逐漸形成現(xiàn)今的地月系統(tǒng)。

　　“而Nice模型所預(yù)期，不穩(wěn)定發(fā)生在地球形成之后，地球就不能成為今天的地球。”劉倍貝說，“早期動力學(xué)不穩(wěn)定更符合來自太陽系其他天體關(guān)于小行星撞擊時間的記錄。新模型也可以更好地解釋后續(xù)形成的類地行星的質(zhì)量和軌道構(gòu)型，這些均為其有別于傳統(tǒng)模型的優(yōu)點(diǎn)。”

　　審稿人對這一研究評價稱：“該模型很可能是太陽系演化理論中缺失的成分，文章新穎且意義重大。”劉倍貝表示，未來團(tuán)隊會進(jìn)一步探究巨行星軌道演化對地球形成及其水起源的影響等問題。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 李劍平