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網(wǎng)易科技訊 6月22日消息，據(jù)Smithsonian報道，說到太陽系早期，木星對地球可謂是呵護(hù)備至。在某種程度上，這顆氣態(tài)巨行星就像是地球的保護(hù)者，它的引力將沖向地球的危險碎片彈射出去。與此同時，木星也可能向太陽系內(nèi)部拋出物質(zhì)，讓富含氫的小行星和行星胚胎撞向其他類地行星。
現(xiàn)在，研究人員認(rèn)為，木星和其他氣態(tài)巨行星在這個過程中可能還向巖石行星貢獻(xiàn)了另一種至關(guān)重要的東西——水。這些巨大的行星可能將來自太陽系外富含水的碎片拋落在巖石行星上。新的研究表明，這種液體（生命的關(guān)鍵成分）的傳遞可能并非偶然或運氣。相反，所有在外圍擁有氣態(tài)巨行星的系統(tǒng)，都應(yīng)該可以讓富含水分的物質(zhì)自動落在多巖石的內(nèi)部行星上。 當(dāng)這些氣態(tài)巨行星充分發(fā)育后，它們噴射的碎片可能是危險的。但在它們出生的關(guān)鍵階段，它們將富含氫的物質(zhì)拋入地殼和地幔中，然后與氧結(jié)合變成水。法國波爾多大學(xué)天文學(xué)家肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)說：“在形成的過程中，氣態(tài)巨行星把這大量行星胚胎散布到各處，有些撞擊到類地行星上?！蓖ㄟ^對早期太陽系中氣態(tài)巨行星的作用進(jìn)行建模，雷蒙德發(fā)現(xiàn)，不同尺寸的氣態(tài)巨行星都不可避免地將富含水分的物質(zhì)扔進(jìn)太陽系內(nèi)部系統(tǒng)。而當(dāng)液態(tài)水落在表面上后，巖石行星可能會留住它們。 當(dāng)然，正如我們在地球上所知道的，水是生命進(jìn)化的關(guān)鍵因素。因此，當(dāng)涉及到太陽系以外的狩獵世界時，能夠容納這種珍貴液體的巖石行星被認(rèn)為是尋找外星生命的最佳狩獵場。自20世紀(jì)80年代以來，研究人員始終在努力確定水是如何到達(dá)地球的。如今，富含碳的小行星似乎成為首要的懷疑對象。 在年輕的太陽系中，碰撞頻繁發(fā)生，天體軌道經(jīng)常相互交叉，早期的小行星很容易受到其他行星的近距離碰撞影響，這些行星的引力將它們拋向巖石行星。天體化學(xué)家康納爾·亞歷山大(Conel Alexander)說：“我認(rèn)為這是一個非常有趣的故事，如果你試圖了解可居住的行星是如何誕生的，這是需要理解的最基本的東西?！?/p> 大約45億年前，因太陽形成而產(chǎn)生的氣體形成了行星。這種氣體存在了數(shù)百萬年，影響著行星的運動及其富含巖石的成分。上升的溫度意味著，作為水的組成元素的氫被困在太陽系較冷地區(qū)的冰中，遠(yuǎn)離地球的范圍。看來我們的星球注定是一片干旱貧瘠的荒原。那么到底發(fā)生了什么? 一個可笑的簡單概念 近年來，我們太陽系的模型顯示，這些氣態(tài)巨行星很可能經(jīng)歷了“復(fù)雜的舞蹈”，然后才最終到達(dá)它們目前的位置。海王星和天王星可能比今天更接近太陽。最終，它們向外遷移，沿途不斷變換地點。這個過程被稱為“尼斯模型”(Nice model)，它認(rèn)為在太陽系形成約6億年之后，后期曾發(fā)生猛烈撞擊，達(dá)到冰沖擊尖峰。 土星和木星可能經(jīng)歷了更為痛苦的旅程，它們在進(jìn)入太陽系內(nèi)部的途中穿過年輕的小行星帶，然后掉頭向外返回。一路上，它們還把小行星撞向了地球。這被稱為“大頭針”（Grand Tack）模型，雷蒙德在2008年幫助制定了這個模型。大約在那個時候，雷蒙德第一次對木星如何影響太陽系早期的水輸送產(chǎn)生了興趣。但他的建模過程受到了一個小程序問題的阻礙，他似乎無法克服。直到近十年后，博士后安德烈·伊茲多羅(Andre Izidoro)幫助解決了這個問題。 雷蒙德沮喪地說:“伊茲多羅用了半個小時就發(fā)現(xiàn)了困擾我多年的問題。我真的很高興他找到了解決方案，這樣我們就可以繼續(xù)做這個項目了。”在新模型中，當(dāng)氣態(tài)巨行星變得越來越大，消耗更多的物質(zhì)時，它不斷增加的重力會使附近的胚胎行星變得不穩(wěn)定。仍然存在的星云氣體的阻力影響著碎片如何穿過太陽系，并將其中的部分送入太陽系內(nèi)部。其中有些物質(zhì)被困在小行星帶里，被富含碳的小行星吸收，這些小行星上的水與地球非常相似。 雷蒙德說，最初，這些富含碳的小行星散布在廣大區(qū)域中，其距離是地球和太陽距離的5到20倍。他說：“它一定覆蓋了整個太陽系?！钡芯扛缓嫉男⌒行堑膩啔v山大懷疑，這個區(qū)域更小，大多數(shù)人猜測它們都是在木星軌道之外形成的。盡管如此，亞歷山大認(rèn)為雷蒙德的模型很好地解釋了富含水的物質(zhì)是如何被運送到地球上的，他稱這個假設(shè)是“完全合理的”。亞歷山大說:“這是將這些揮發(fā)物帶到地球形成區(qū)域的最好方法?！?/p> 這個模型留下了幾個懸而未決的問題，比如為什么早期太陽系的質(zhì)量如此之少。雷蒙德承認(rèn)：“這是需要連接的關(guān)鍵部分?！辈贿^，他說，這個模型有助于填補一些空白，包括為何地球上的水與外帶小行星上的水成分相似，而不是與內(nèi)帶干燥小行星上的水相匹配。 他說:“這是木星和土星成長的簡單結(jié)果?！?/p> 尋找富含水的世界 在雷蒙德的模型完成之前，研究人員認(rèn)為這是系外行星不同尋常的舞蹈，它們將水送入內(nèi)太陽系，并使地球遠(yuǎn)離干燥的未來。如果這是真的，那對其他星球來說將是個壞消息。因為這些氣態(tài)巨行星可能仍是壁花（局外人），從未遠(yuǎn)離它們的起點。新模型表明，任何氣態(tài)巨行星都會由于它們的形成而向內(nèi)噴射濕的物質(zhì)。雖然類似木星大小的行星是最有效的，但雷蒙德發(fā)現(xiàn)任何尺寸的氣態(tài)巨行星都可能觸發(fā)類地行星增長。 這對在太陽系外尋找水狀行星的研究人員來說是個好消息。在我們自己的太陽系里，這個模型顯示，來自太陽系外的冰以三波形式在地球上降落。第一次是在木星膨脹的時候，第二次是在土星形成期間觸發(fā)的，第三次可能發(fā)生在天王星和海王星向內(nèi)遷移的時候，然后它們被另外兩顆行星阻擋并送回太陽系的外圍。 行星科學(xué)研究所研究員、專門研究早期太陽系行星形成和演化的大衛(wèi)·奧布萊恩（David O’Brien）表示：“我認(rèn)為最酷的事情是，它基本上意味著對于任何擁有巨大氣行星和類地行星的太陽系外系統(tǒng)來說，這些巨大行星將水送到類地行星上。這為可居住行星的研究提供了很多可能性?！?/p> 不幸的是，到目前為止，我們還沒有很多類似的系統(tǒng)可以與之相比。大多數(shù)已知的系外行星都與美國宇航局的開普勒計劃有關(guān)。奧布萊恩說，開普勒計劃對軌道小于地球的行星最為敏感，并且很難探測到太陽系外系統(tǒng)中的氣態(tài)巨行星。小型巖石行星的觀測也更具挑戰(zhàn)性，但這并不意味著它們不在那里，只是意味著我們還沒有發(fā)現(xiàn)它們。 但如果存在這樣的系統(tǒng)，雷蒙德的研究表明，巖石行星應(yīng)該富含我們所認(rèn)為的生命液體。奧布萊恩說:“如果有類地行星和巨行星，這些巨行星可能給類地行星提供了許多水?！保ㄐ⌒。?/p> |
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