大約45億年前，年輕的太陽就像現(xiàn)在一樣閃閃發(fā)光，盡管它比現(xiàn)在小一點(diǎn)。它沒有被行星所包圍，而是被包裹在一個旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃盤中。這個盤被稱為原行星盤，它是行星最終形成的地方。在早期太陽系的原行星盤中，在火星和木星現(xiàn)在所在的位置與現(xiàn)代小行星帶所在的位置之間，有一個明顯的缺口。究竟是什么造成了這個缺口，這是一個謎，但天文學(xué)家認(rèn)為這是支配行星形成的過程的一個標(biāo)志。

一組科學(xué)家已經(jīng)發(fā)表了一篇論文，概述了這一古老缺口的發(fā)現(xiàn)。研究主要作者是Cauê Borlina，他是麻省理工學(xué)院(MIT)地球、大氣和行星科學(xué)系(EAPS)的行星科學(xué)博士生。這篇論文已發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

由于像阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(ALMA)這樣的設(shè)施，天文學(xué)家越來越善于觀察類似于太陽系年輕版本的恒星系統(tǒng)，這些恒星系統(tǒng)仍有原行星盤，仍在形成行星。它們往往有明顯的空隙和環(huán)，是行星形成的證據(jù)。但是這一切究竟是如何進(jìn)行的，仍然是一個謎。

“在過去的十年中，觀察結(jié)果表明，空洞、間隙和環(huán)在其他年輕恒星周圍的盤中很常見，”研究報告的共同作者、麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系(EAPS)的行星科學(xué)教授 Benjamin Weiss說。“這些是氣體和塵埃轉(zhuǎn)變?yōu)槟贻p恒星和行星的物理過程的重要但不為人知的特征。”

而我們自己的太陽系原行星盤在大約45億年前出現(xiàn)缺口的證據(jù)來自對隕石的研究。太陽系的磁場對隕石的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。古地磁塑造了原行星盤中被稱為球粒的微小巖石。球粒是熔化或部分熔化的圓石片，成為一種叫做球粒隕石的隕石的增生。而球粒隕石是太陽系中最古老的一些巖石。

隨著球粒的冷卻，它們保留了當(dāng)時的磁場記錄。這些磁場隨著時間的推移，隨著原行星盤的演變而變化。根據(jù)當(dāng)時磁場的性質(zhì)，球粒中電子的方向是不同的?？偟膩碚f，所有球粒隕石的球粒都講述了一個故事。

在這項研究中，該小組分析了在南極洲發(fā)現(xiàn)的兩塊碳質(zhì)隕石的球粒。他們使用了一種叫做超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUID)的設(shè)備。SQUID是一種用于地質(zhì)樣品的高靈敏度、高分辨率的磁強(qiáng)計。研究小組使用SQUID來確定隕石中每個球粒的古代原始磁場。

這項研究也是基于一種叫做同位素二分法的現(xiàn)象。有兩個獨(dú)立的隕石“家族”落到地球上，每個“家族”都有不同的同位素組成，科學(xué)家們得出結(jié)論，這兩個“家族”一定是在早期太陽系的不同時間和地點(diǎn)形成的。這兩種類型被稱為碳質(zhì)(CC)和非碳質(zhì)(NC)。CC隕石可能含有來自外太陽系的物質(zhì)，而NC隕石可能含有來自內(nèi)太陽系的物質(zhì)。有些隕石同時含有兩種同位素指紋，但這是非常罕見的。

該小組研究的兩塊隕石都是來自外太陽系的CC型隕石。當(dāng)他們對它們進(jìn)行分析時，他們發(fā)現(xiàn)球粒顯示出比他們之前分析的NC隕石更強(qiáng)的磁場。

這與天文學(xué)家認(rèn)為在年輕太陽系中發(fā)生的情況相反。隨著一個年輕系統(tǒng)的演變，科學(xué)家們預(yù)計磁場會隨著與太陽的距離衰減。磁性強(qiáng)度可以用被稱為微特斯拉的單位來測量，CC球粒顯示的磁場約為100微特斯拉，而NC球粒顯示的強(qiáng)度只有50微特斯拉。作為比較，今天地球的磁場約為50微特斯拉。

磁場表明太陽系是如何吸納物質(zhì)的。磁場越強(qiáng)大，它能吸納的物質(zhì)就越多。在CC隕石的球粒中明顯的強(qiáng)磁場表明，太陽系外部比內(nèi)部區(qū)域吸納更多的物質(zhì)，這一點(diǎn)從行星的大小可以看出。這篇論文的作者總結(jié)說，這是一個大缺口的證據(jù)，它以某種方式阻止了物質(zhì)流入內(nèi)太陽系。

"缺口在原行星系統(tǒng)中很常見，我們現(xiàn)在表明，我們在自己的太陽系中有一個缺口，"Borlina說。"這給出了我們在隕石中看到的這種奇怪的二分法的答案，并提供了差距影響行星組成的證據(jù)。"

這一切結(jié)合起來成為早期太陽系中一個巨大的、無法解釋的缺口的有力證據(jù)。

木星是迄今為止質(zhì)量最大的行星，所以它是一個很好的地方，可以開始了解這一切是如何在我們的太陽系中發(fā)生的。隨著木星的成長，其強(qiáng)大的引力可能起到了一定的作用。它可能將氣體和塵埃從太陽系內(nèi)部掃向外圍，在它和火星之間的演化盤中留下了一個缺口。

另一個可能的解釋來自于圓盤本身。早期的圓盤是由其自身強(qiáng)大的磁場形成的。當(dāng)這些磁場相互作用時，它們會產(chǎn)生強(qiáng)大的風(fēng)，可以使物質(zhì)移位并形成一個缺口。木星的引力和原行星的磁場可能結(jié)合在一起，形成了這個缺口。

但是，是什么造成了這個缺口，這只是一個問題。另一個問題是它發(fā)揮了什么作用?自從40多億年前形成以來，它是如何幫助塑造萬物的?根據(jù)這篇論文，缺口本身可能起到了不可逾越的屏障作用，使來自兩側(cè)的物質(zhì)無法相互作用?？p隙內(nèi)部是陸地行星，縫隙外部是氣態(tài)世界。

“穿越這個缺口是相當(dāng)困難的，一顆行星需要大量的外部扭矩和動量，”主要作者Cauê Borlina在一份新聞稿中說。“因此，這提供了證據(jù)，表明我們的行星的形成被限制在早期太陽系的特定區(qū)域。”

關(guān)鍵詞： 太陽系 神秘缺口 行星 標(biāo)志