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太陽(yáng)系起源于巨大氣體塵埃云的假說(shuō)，最早由德國(guó)哲學(xué)家伊曼紐爾·康德在18世紀(jì)下半葉提出，并由法國(guó)數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·德·拉普拉斯進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)是天文學(xué)界的共識(shí)。由于現(xiàn)在有大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)、理論輸入和計(jì)算資源，已經(jīng)得到了不斷的完善，但這不是一個(gè)線性的過(guò)程。也不是沒(méi)有爭(zhēng)議，直到現(xiàn)在，人們還認(rèn)為太陽(yáng)系在形成約7億年后經(jīng)歷了一段時(shí)期的動(dòng)蕩，才獲得了今天的特征。

然而，一些最新的研究表明，它是在更遙遠(yuǎn)的過(guò)去形成，在最初1億年的某個(gè)階段。三名巴西天文學(xué)家進(jìn)行的一項(xiàng)研究，為這種更早的結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。這項(xiàng)研究由圣保羅研究基金會(huì)支持，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《Icarus》期刊上，研究作者都隸屬于圣保羅州立大學(xué)工程學(xué)院。主要作者是拉斐爾·里貝羅·德索薩，另外兩位作者是AndréIzidoro Ferreira da Costa和這項(xiàng)研究的首席研究員Ernesto Vieira Neto。

從對(duì)太陽(yáng)系詳細(xì)觀測(cè)中獲得的大量數(shù)據(jù)，使得天文學(xué)家們能夠精確地確定圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的許多天體軌跡，這種軌道結(jié)構(gòu)使我們能夠書寫太陽(yáng)系形成的歷史。從大約46億年前環(huán)繞太陽(yáng)的氣體塵埃云中脫穎而出的巨型行星，形成的軌道彼此更接近太陽(yáng)，也更接近太陽(yáng)。軌道也比現(xiàn)在更共面、更圓，在共振的動(dòng)力系統(tǒng)中更相互聯(lián)系。這些穩(wěn)定系統(tǒng)最有可能是氣體原行星盤形成行星的引力動(dòng)力學(xué)結(jié)果。

巨型行星的擾動(dòng)

木星、土星、天王星和海王星從氣體塵埃云中以更緊密的軌道出現(xiàn)，由于共振鏈，它們的運(yùn)動(dòng)具有很強(qiáng)的同步性，木星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)了三圈，土星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)了兩圈。所有行星都參與了由原始?xì)怏w盤的動(dòng)力學(xué)和行星引力動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的這種同步性。然而，在整個(gè)太陽(yáng)系外部的形成區(qū)域，包括位于天王星和海王星當(dāng)前軌道之外的區(qū)域，太陽(yáng)系有大量的小行星，小巖石和冰體被認(rèn)為是行星的基石，以及小行星、彗星和衛(wèi)星的前身。

外行星小盤開始擾亂系統(tǒng)的重力平衡。在氣相之后，共振被破壞，系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)混亂的時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期，巨大的行星激烈地相互作用，并將物質(zhì)噴射到太空中。冥王星和冰雪鄰居被推入了現(xiàn)在所在的柯伊伯帶，整個(gè)行星群都遷移到了離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的軌道上。柯伊伯帶的存在是由荷蘭天文學(xué)家Gerard Kuiper于1951年提出，后來(lái)得到了天文觀測(cè)的證實(shí)，它們軌道的多樣性，在太陽(yáng)系任何其他部分都是看不到的。

柯伊伯帶內(nèi)緣始于距太陽(yáng)約30個(gè)天文單位(AU)的海王星軌道，外緣距離太陽(yáng)約50AU，一個(gè)AU大約等于地球到太陽(yáng)的平均距離?；氐酵叫灾袛嗪突靵y階段的開始，問(wèn)題是這是在什么時(shí)候發(fā)生的，在太陽(yáng)系生命的非常早期，當(dāng)時(shí)它只有1億歲或更少，或者更晚，可能是在行星形成約7億年后？直到，晚期不穩(wěn)定性假說(shuō)一直占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)阿波羅宇航員帶回的月球巖石的年代測(cè)定表明，它們是由小行星和彗星同時(shí)撞擊月球表面造成。

混亂的天體碰撞

這場(chǎng)災(zāi)難被稱為“后期對(duì)月球的猛烈轟炸”，這發(fā)生在月球上，那么它也可能發(fā)生在地球和太陽(yáng)系的其他類地行星上。因?yàn)樵谛行遣环€(wěn)定時(shí)期，太陽(yáng)系內(nèi)有大量小行星和彗星的物質(zhì)向四面八方投射，從月球巖石推斷，這一混沌期出現(xiàn)的時(shí)間較晚，但近年來(lái)，“晚轟擊”月球的想法已經(jīng)失寵。如果發(fā)生了晚期的混亂災(zāi)難，它將摧毀地球和其他類地行星，或者至少會(huì)造成擾動(dòng)，使它們處于與我們現(xiàn)在觀察到完全不同的軌道上。

此外，阿波羅宇航員帶回的月球巖石，被發(fā)現(xiàn)是由一次撞擊產(chǎn)生的。如果它們起源于巨行星不穩(wěn)定的晚期，那么考慮到行星小星被巨行星分散，將會(huì)有幾次撞擊的證據(jù)。本研究的出發(fā)點(diǎn)是：不穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的。只有當(dāng)氣體耗盡時(shí)，行星盤的內(nèi)緣和海王星軌道之間有一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的距離，這種不穩(wěn)定才可能在以后發(fā)生。在研究的模擬中，這個(gè)相對(duì)較大的距離被證明是不可持續(xù)的。

論證基于一個(gè)簡(jiǎn)單的前提：海王星與行星盤之間的距離越短，引力影響越大，因此不穩(wěn)定周期越早。相反，后期的不穩(wěn)定性需要更大的距離。研究所做的是第一次“雕刻”原始行星小盤，要做到這一點(diǎn)，必須回到冰巨星天王星和海王星的形成過(guò)程?；谀Ｐ陀?jì)算機(jī)模擬顯示，天王星和海王星的形成可能起源于具有幾個(gè)地球質(zhì)量的行星胚胎。例如，這些超級(jí)地球的大規(guī)模碰撞將解釋為什么天王星會(huì)側(cè)轉(zhuǎn)。

以前的研究已經(jīng)指出了海王星軌道和小行星盤內(nèi)部邊界之間距離的重要性，但研究人員使用的是一個(gè)模型，在這個(gè)模型中，四顆巨行星已經(jīng)形成。這項(xiàng)最新研究的新奇之處在于，該模型并不是從完全形成的行星開始。相反，天王星和海王星仍處于增長(zhǎng)階段，增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力是涉及超級(jí)地球質(zhì)量最多為5個(gè)地球質(zhì)量的兩到三次碰撞。想象一下這樣的情況：木星和土星形成，但有5到10個(gè)超級(jí)地球，而不是天王星和海王星。

各種相互作用

氣體迫使超級(jí)地球與木星和土星同步，但由于數(shù)量眾多，它們的同步性起伏不定，最終發(fā)生碰撞。碰撞合并減少了數(shù)量，使得同步性成為可能，最終，就剩下了天王星和海王星。當(dāng)這兩個(gè)冰巨星在氣體中形成時(shí)，行星小盤正在被消耗。一部分物質(zhì)被吸積到天王星和海王星上，另一部分被推進(jìn)到太陽(yáng)系的外圍。因此，天王星和海王星的生長(zhǎng)決定了行星盤內(nèi)邊界的位置。

剩下圓盤現(xiàn)在是柯伊伯帶，柯伊伯帶基本上是原始小行星圓盤的遺跡。研究提出的模型與巨行星目前軌道和在柯伊伯帶觀察到的結(jié)構(gòu)一致。從木星和土星完全形成但仍然同步的階段開始，并描述了從那時(shí)起太陽(yáng)系的演變。巨行星和小行星盤之間的引力相互作用，在氣體盤中產(chǎn)生了以波形式傳播的擾動(dòng)。當(dāng)氣體耗盡時(shí)，行星與行星盤之間的相互作用破壞了同步性，產(chǎn)生了混沌相。

考慮到這一切，研究發(fā)現(xiàn)海王星軌道到行星盤內(nèi)邊界之間的距離，根本不存在大到足以支持后期不穩(wěn)定性假說(shuō)的條件，新研究貢獻(xiàn)是，研究表明這種不穩(wěn)定性發(fā)生在最初的1億年，例如，可能發(fā)生在地球和月球形成之前。