科学家发现早期行星大变动的证据

美国西南研究所的科学家们研究了一对不同寻常的小行星，发现它们的存在预示著太阳系早期的行星重排。这些被称为“普特洛克勒斯”和“梅诺提乌斯”的尸体是美国宇航局即将执行的“露西”任务目标。它们大约有70英里宽，围绕彼此的轨道运行，因为它们共同围绕太阳旋转。它们是在被称为特洛伊小行星的古代天体中唯一已知的大型双星。这两群特洛伊轨道距离与木星大致相同，一群在木星前面，另一群在木星后面。

博科园-科学科普：世界资源研究所的科学家David Nesvorny博士说：特洛伊很可能是在剧烈动态不稳定时期被捕获，当时太阳系的巨型行星——木星、土星、天王星和海王星发生了小规模冲突。太阳系行星从普特洛克勒斯-梅诺提乌斯-木星特洛伊极早迁移的证据”发表在《自然天文学》上。这一剧变将天王星和海王星向外推，在那里遇到了大量原始小天体，这些小天体被认为是今天柯伊伯带天体的来源，在太阳系的边缘运行。

世界资源研究所科学家研究了两小行星“普特洛克勒斯-梅诺提乌斯”(在这幅艺术图的构想中)，以确定这些巨型行星的大变动可能发生在太阳系早期的历史。图片：W.M. Keck Observatory/Lynette Cook

这个原始柯伊伯带许多小天体分散在内部，其中一些被困为特洛伊小行星。然而这个太阳系演化模型的一个关键问题是它发生的时间。在这篇论文中，科学家们证明了普特洛克勒斯-梅诺提乌斯对的存在表明巨大行星之间的动态不稳定性一定是在太阳系形成的前1亿年发生。最近关于小天体形成的模型表明，这些类型的双星是太阳系最早期的产物，当时，一对小天体可以直接从“卵石”云的崩塌中形成。世界资源研究所空间研究部主任、论文合著者威廉伯克(William Bottke)博士说：对如今柯伊伯带的观察表明，像这样的双星在古代相当普遍。

现在只有少数存在于海王星的轨道中，问题是如何解读幸存者。如果不稳定性被推迟几亿年，就像一些太阳系演化模型所暗示的那样，原始小体盘内的碰撞会破坏这些相对脆弱的双星，没有一个会在特洛伊种群中被捕获。早期的动态不稳定性会使更多的双星保持完整，增加了至少一个双星被捕获的可能性。研究小组创造了新的模型，表明普特洛克勒斯-梅诺提乌斯双星存在强烈表明了早期的不稳定性。

这张动图显示了普特洛克勒斯-梅诺提乌斯对在与木星一起围绕太阳公转的过程中是如何相互环绕的。世界自然资源研究所的科学家们认为，在太阳系历史的早期一定曾发生过一场巨大的行星大变动，因为该双星被特洛伊小行星群完整地捕获。图片：Durda/Marchi/SwRI

这种早期的动力不稳定模型对类地行星有着重要的影响，尤其是在月球、水星和火星上形成的约40亿年前的大型撞击坑起源。造成这些陨石坑的撞击物不太可能从太阳系的外围地区被抛入。这可能意味着它们是由类地行星形成过程中小天体剩余物形成。这项研究强调了特洛伊小行星对照亮我们太阳系历史的重要性。到2033年，由世界资源研究所科学家和论文合著者哈尔·列维森博士领导的美国国家航空航天局的“露西”号探测器对这两颗行星进行探测时，我们将对“普特洛克勒斯-梅诺提乌斯双星”的情况有更多了解。

博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Astronomy》｜研究/来自：西南研究院，DOI: 10.1038/s41550-018-0564-3

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