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新研究发现太阳系的外来物质构成“少之又少”

哈勃望远镜在2019年10月12日拍下了这张鲍里索夫彗星的照片

哈勃望远镜在2019年10月12日拍下了这张鲍里索夫彗星的照片

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技(叶子):国外媒体报道,在太阳系中探测到的星际天体引发了一个有趣的问题:太阳系有多少是由外来物质构成的?而新研究发现,答案是“少之又少”。

天文学家目前只探测到了两位星际间来客:一位是2017年发现的、难以分类的“奥陌陌”;另一位是此后不久发现的彗星鲍里索夫。这两个天体在空旷的星际之间往往需要飞行数万年之久,相比之下,它们在太阳系里待的时间相对较短,只有几年而已。

它们的来访让人们不禁思考,有多少个这样的星际天体正在从银河系中穿过呢?如果太阳系是由它们飞过时产生的碎片形成的,那么这个数字很可能多达成千上百万亿。但这个想法又引发了另一个问题:太阳系有多少成分是“本地物质”,又有多少是由被捕获的太空垃圾构成的呢?

到目前为止,我们尚未探测到任何围绕太阳旋转的系外天体。最接近这一描述的只有由细小的尘埃碎片构成的微流星体。但探测不到并不意味着它们不存在,也许真的有一些外来岩石蛰伏在暗影中。我们连小行星带中大型石块的分布都还没有弄清楚,更别提太阳系外层的柯伊伯带了,后者要遥远得多,观测难度自然也大得多。

但若想在这些石块中逐块寻找外来小行星或彗星,将是个极其痛苦而缓慢的过程。如果我们不知道外来岩石的出现概率,难度更是无法想象。

是去是留?

在一项发表在论文预印网站arXiv上、且已经由《行星科学期刊》接收的新研究中,研究人员试图对被捕获进入太阳系的星际间天体数量进行估测,并监测它们在太阳系中停留的时长。

研究人员开展了大量计算机模拟。他们研究了276691个从各种方向、以各种速度进入太阳系的天体的行为,然后对这些模拟天体过去10亿年间的演化过程展开追溯。

他们发现,大多数星际间天体在太阳系里都不会存活太久。如果它们进入木星轨道以内、开始围绕太阳旋转,就很可能与木星“近距离接触”,结果要么被木星吞食,要么被甩出太阳系。而如果外来天体的轨道平面接近其它行星,也有可能在这些太阳系原始成员的引力合并作用下,被甩出太阳系。

虽然有些外来天体在太阳系里成功停留了数百万年,但也也并不意味着它们就在这里定居了。当它们被太阳捕获时,它们的轨道往往又细又长。我们可能要让这些天体沿着轨道转上好几圈,才能看清它们是否会在这里长期生活下去,一百万年就这么过去了。

最后的结论是,外来天体很难在太阳系中长时间停留下去。在超过27万个模拟天体中,只有13个停留了5亿年以上,超过10亿年的更是仅有3个而已。

披着羊皮的狼

既然我们已经得出了“外来天体在太阳系中待不长”的结论,还剩下另一个问题还没有解决:有多少天体正在从太阳系中穿过。如果这个数字很大,那么尽管“存活率”不高,太阳系中仍然会充满星际来客。

以下估测有点推断的成分在里面,因为它主要基于行星形成模型、以及从“奥陌陌”和鲍里索夫彗星身上搜集到的极其有限的信息。

太阳开始成形时是被围嵌在一个巨大的恒星星团中的。由于太阳当时离其它正在形成的恒星(以及行星系)很近,捕捉到外来物质的几率比现在大得多。研究人员估测,太阳在诞生期捕获的天体质量相当于地球的1000分之一,可以形成六颗像矮行星谷神星那么大的小行星。而在太阳系诞生后的数十亿年间,每年都会遇到几颗像“奥陌陌”和鲍里索夫彗星这样的外来天体。

总的结论是,太阳系中不会有许多外来物质。据研究人员估算,太阳系在形成期从外来天体身上捕获的物质质量只有地球的10亿分之一,在此之后捕获的量还要再减少一千倍,勉强只够形成一颗直径10公里的小行星。

这一研究结果有两大重要意义。首先,由于外来天体实在太过罕见,我们不需要花费精力去寻找它们;其次,认为生命可能源自它处、后被带至地球上的“泛种论”其实站不住脚,因为能够飞过星际空间、来到太阳系、进入稳定轨道、然后撞上地球的物质实在太少太少了。




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