躁動(dòng)的太陽(yáng)系

2013年2月15日，當(dāng)?shù)貢r(shí)間9時(shí)20分，一塊直徑15米的隕石在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克上空爆炸。由此產(chǎn)生的沖擊波震碎了方圓300米內(nèi)建筑的玻璃窗，掀翻當(dāng)?shù)匾患抑其\工廠的房頂，上千人因玻璃扎傷或其他傷情被送醫(yī)院救治。同樣是在2013年，百萬(wàn)網(wǎng)友在線觀看了有45億年歷史的艾桑彗星在橢圓軌道中一頭撲進(jìn)太陽(yáng)，最后只剩下一團(tuán)煙塵的毀滅過程。

2019年，科學(xué)家在查看巡天望遠(yuǎn)鏡歷史照片時(shí)被嚇出一身冷汗。這些照片顯示一顆直徑為130米的小行星曾與地球擦肩而過，當(dāng)時(shí)它與地球之間的最近距離僅為7.1萬(wàn)千米，相對(duì)于地球的速度高達(dá)8.85萬(wàn)千米/時(shí)。這次事件發(fā)生一個(gè)多月后才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。

車?yán)镅刨e斯克隕石。

并非偶然

地球所處的太陽(yáng)系并不平靜。小行星帶、柯伊伯帶和奧爾特云中存在大量不穩(wěn)定的碎片，它們是太陽(yáng)系制造行星時(shí)留下的碎屑。據(jù)推測(cè)，最終成為車?yán)镅刨e斯克隕石的流星可能形成于約3萬(wàn)年前小行星帶中的一次強(qiáng)烈碰撞。柯伊伯帶位于海王星軌道之外。奧爾特云是包圍太陽(yáng)系的一圈云狀隕石圈，也是艾桑彗星的故鄉(xiāng)。

車?yán)镅刨e斯克災(zāi)難過后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)隕石撞擊地球的實(shí)際概率比之前模型預(yù)測(cè)的結(jié)果還高：車?yán)镅刨e斯克級(jí)別的隕石撞擊地球的概率比之前的預(yù)測(cè)值高10倍。長(zhǎng)期來(lái)看，這種級(jí)別的隕石撞地事件并非偶然，太陽(yáng)系所有行星都逃不過被小行星撞擊的命運(yùn)——它們要么會(huì)被撞出現(xiàn)有軌道，要么會(huì)在猛烈撞擊下支離破碎。

太陽(yáng)系中充滿不穩(wěn)定的碎片。

行星搬家

根據(jù)太陽(yáng)系形成與進(jìn)化的最新理論，行星遭到大型小行星撞擊并非罕見。雖然太陽(yáng)系目前很穩(wěn)定，但太陽(yáng)系行星在形成初期并未處于現(xiàn)行軌道。就算是現(xiàn)在看來(lái)穩(wěn)定的軌道，也只是暫時(shí)穩(wěn)定而已。如果你漫游整個(gè)銀河系，在經(jīng)過50億年的漫長(zhǎng)旅行后，回到地球的你會(huì)發(fā)現(xiàn)水星早已不在，地球軌道也已偏心并離開可居住地帶，生命已經(jīng)從地球上幾乎絕跡。

長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)界一直相信地球和太陽(yáng)系其他行星在形成之初的樣子和軌道位置與今天的狀況并無(wú)二致。13 世紀(jì)有天文學(xué)家用幾何學(xué)模型描述整個(gè)宇宙。直到人類進(jìn)入太空時(shí)代，仍有不少科學(xué)家堅(jiān)持這種宇宙固定不變的荒誕觀念。

其實(shí)，行星軌道經(jīng)常發(fā)生變化。20世紀(jì)70年代，不斷有模擬太陽(yáng)系形成過程的理論模型提出一種看似荒謬的假說(shuō)：太陽(yáng)系內(nèi)所有行星正在遠(yuǎn)離太陽(yáng)。盡管天體物理學(xué)家通過紙上計(jì)算就已得出這個(gè)結(jié)論，科學(xué)家們卻隨即就把此事丟在一邊——沒有人把太陽(yáng)系行星遷移當(dāng)回事。

直到幾十年后，一系列新發(fā)現(xiàn)迫使科學(xué)家重拾這個(gè)假說(shuō)。1995年，科學(xué)家探測(cè)到了飛馬座51b行星。距離地球50光年的它發(fā)出暗黃色光芒，它也是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆環(huán)繞類似太陽(yáng)的恒星（飛馬座51）的系外行星。飛馬座51b為氣態(tài)行星，大小接近木星。

太陽(yáng)系中的行星并不像鐘表那樣精準(zhǔn)運(yùn)行，位移和碰撞是太陽(yáng)系的“家常便飯”。

因?yàn)轱w馬座51b的軌道過于靠近其母恒星，所以科學(xué)家猜測(cè)它形成于更遠(yuǎn)的軌道。

科學(xué)界曾經(jīng)認(rèn)為，只有在遠(yuǎn)離母恒星的星系內(nèi)寒冷空區(qū)才能形成類似飛馬座51b的大型氣態(tài)行星。但飛馬座51b近距離環(huán)繞母恒星，近得都要被燒焦了。對(duì)此的唯一合理解釋是，飛馬座51b當(dāng)初可能在遠(yuǎn)離母恒星的區(qū)域形成，后來(lái)由于某種原因被拉到了靠近母恒星的軌道。科學(xué)家開始將這顆行星稱為“熱木星”，并普遍認(rèn)為它只是一個(gè)特例。

但在接下來(lái)的一年里，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了兩顆熱木星。迄今為止發(fā)現(xiàn)的熱木星已達(dá)數(shù)百顆。隨著科技的進(jìn)步和研究的深入，熱木星數(shù)量無(wú)疑還會(huì)刷新。一些行星的運(yùn)行軌道很扁，還有些行星甚至繞恒星反向運(yùn)轉(zhuǎn)，只有行星軌道遷移學(xué)說(shuō)才能解釋這些不可思議的現(xiàn)象。

孕育行星

在相對(duì)準(zhǔn)確模擬新生太陽(yáng)系的新模型中，行星的位置移動(dòng)很平常。難點(diǎn)是如何讓行星處在穩(wěn)定軌道上。由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)可以看出，在新生星系中所有幼年行星最初都呈現(xiàn)為一團(tuán)氣體塵埃漩渦，行星最終就誕生于這團(tuán)被稱為原行星盤的物質(zhì)中：在起初的幾百萬(wàn)年里行星不過是沒有成形的碎片，不停旋轉(zhuǎn)的原行星盤將形成一個(gè)波紋樣的密集物質(zhì)集中區(qū)，碎片在這個(gè)區(qū)域內(nèi)來(lái)回移動(dòng)、碰撞、融合……

原行星盤質(zhì)量可達(dá)最終成形行星的1000倍，可推著行星移動(dòng)很遠(yuǎn)，因此，科學(xué)家意識(shí)到早期太陽(yáng)系堪稱亂撞的碰碰車。該理論可輕松解釋困擾了科學(xué)家很久的諸多難題：火星為什么這么小？小行星帶是怎么形成的？為什么地球的實(shí)際化學(xué)構(gòu)成與模型預(yù)測(cè)結(jié)果大相徑庭……

太陽(yáng)系形成過程中的各個(gè)階段（示意圖）。

木星躁動(dòng)

“碰碰車?yán)碚摗敝匦略忈屃说厍蚝吞?yáng)系其他行星形成過程。今天，木星到太陽(yáng)的平均距離為地球到太陽(yáng)距離的5.2倍，公轉(zhuǎn)周期為11.8個(gè)地球年。根據(jù)科學(xué)家的新解釋，木星誕生于更遠(yuǎn)離太陽(yáng)的系內(nèi)空間。木星可能形成于太陽(yáng)系誕生后500萬(wàn)年內(nèi)，再經(jīng)過一系列巨大碰撞和來(lái)回遷移，木星才停留在今天的軌道上。

科學(xué)家用計(jì)算機(jī)模擬了木星形成過程：首先，木星被巨大質(zhì)量的原行星盤拖到今天火星軌道所在位置，大概是1.5倍日地距離;接著，木星朝著遠(yuǎn)日方向遷移，所到達(dá)的位置比木星現(xiàn)在的位置還遠(yuǎn);最后，在新形成的土星的引力影響下，木星被迅速拉回一段距離，最終停在今天的木星軌道上。整個(gè)過程或耗時(shí)500萬(wàn)年，在太陽(yáng)系的歷史中只是轉(zhuǎn)瞬一刻。

如此巨大的天體——木星竟然在太陽(yáng)系內(nèi)來(lái)回遷移，將太陽(yáng)系搞得一團(tuán)糟。木星遷移過程就像滾雪球，橫掃路徑上一切天體。幸運(yùn)的是，在木星如此移動(dòng)時(shí)地球還不存在，否則地球就已墜進(jìn)太陽(yáng)，或成為黑暗宇宙中的碎片了。木星對(duì)人類居住的內(nèi)太陽(yáng)系的影響是間接的：木星沖進(jìn)冰隕石和小行星密集的空間，將富含水分的物質(zhì)向兩邊推開，這些物質(zhì)最終被成長(zhǎng)的地球接納。也就是說(shuō)，現(xiàn)在地球上大多數(shù)水的存在是木星遷移的結(jié)果。

木星這種巨型天體在太陽(yáng)系內(nèi)的遷移對(duì)于其路徑上的天體是毀滅性的。

木星軌道的遷移重塑了太陽(yáng)系的方方面面：清掃了原始小行星帶，改變了彗星帶的分布，幫助形成了其他天體，也限制了火星成長(zhǎng)。火星因此成為一顆寒冷、沒有大氣的星球——如果火星曾經(jīng)誕生過生命，那就太倒霉了。