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原創(chuàng)：牧夫天文

翻譯：華子乾

校譯：牧夫校對(duì)組

編排：陶邦惠

后臺(tái)：庫(kù)特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https:///2018/12/28/why-is-there-nothing-between-mercury-and-the-sun/

當(dāng)米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎羅茲在1995年發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星飛馬座b時(shí)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)其與宿主恒星之間的距離僅有令人震驚的0.05天文單位，比水星和太陽(yáng)之間的距離（0.38天文單位）小了整整七倍還多。事實(shí)上，如果我們將所有已知的系外行星放入太陽(yáng)系，大部分會(huì)落在水星和太陽(yáng)之間的真空區(qū)域。例如，開普勒11在水星軌道距離以內(nèi)有整整5顆行星，而太陽(yáng)系一顆也沒有。

如果這樣密近的行星是如此常見，那為什么太陽(yáng)系中卻沒有呢？天文學(xué)家克里斯托弗·斯伯丁在剛發(fā)表的文章中提出太陽(yáng)本身抑制了水星軌道以內(nèi)行星的存在。正如之前一篇文章中提到的，形成行星的基本單元（稱之為星子）并不會(huì)在小于0.3天文單位的區(qū)域內(nèi)形成。斯伯丁進(jìn)一步提出太陽(yáng)強(qiáng)勁的星風(fēng)會(huì)吹走所有的小星子。當(dāng)太陽(yáng)附近缺少形成行星的基本單元時(shí)，行星的形成就會(huì)變得困難許多。

原初太陽(yáng)的威力

太陽(yáng)是我們太陽(yáng)系的心臟，通過其核心的核反應(yīng)照亮所有的行星。但是同時(shí)，太陽(yáng)也向太陽(yáng)系吹出由帶電亞原子粒子構(gòu)成的太陽(yáng)風(fēng)。強(qiáng)勁的太陽(yáng)風(fēng)中包含了由太陽(yáng)磁場(chǎng)發(fā)射出的質(zhì)子、電子和阿爾法粒子。當(dāng)這些粒子轟擊地球的大氣層時(shí)，就會(huì)在地球的南北極點(diǎn)亮極光。如果沒有大氣層的保護(hù)，地球上的生命就會(huì)受到嚴(yán)重的威脅。

而在早期太陽(yáng)系中，小型星子面臨著更加嚴(yán)重的威脅。曾經(jīng)的太陽(yáng)風(fēng)比現(xiàn)在強(qiáng)烈許多。太陽(yáng)剛剛形成時(shí)，其具有更強(qiáng)的磁場(chǎng)和更高的自轉(zhuǎn)速度，這兩者都促使了質(zhì)量十倍于現(xiàn)在的太陽(yáng)風(fēng)。當(dāng)星子穿過太陽(yáng)風(fēng)時(shí)，帶電粒子介質(zhì)的向外運(yùn)動(dòng)會(huì)將星子帶走，遠(yuǎn)離太陽(yáng)（如太陽(yáng)風(fēng)這樣的介質(zhì)對(duì)經(jīng)過其中的物體的運(yùn)動(dòng)的影響被稱為沖壓）。自然地，更小的星子會(huì)更容易被吹走。

多大的天體會(huì)受到太陽(yáng)風(fēng)的影響？

斯伯丁考慮了三種大小的小型星子（10米，100米和1000米量級(jí)）受到太陽(yáng)風(fēng)影響產(chǎn)生的徑向移動(dòng)的大小。星子最初處于0.1天文單位的位置，考慮1億年的影響，也就是兩倍于地球形成所需要的時(shí)間。在這些模擬中，斯伯丁發(fā)現(xiàn)在1億年的尺度上，大于1000米尺寸的天體只會(huì)被推到大約0.2天文單位的位置。但是100米尺寸的天體會(huì)在短短三百萬年內(nèi)就達(dá)到0.3天文單位，也就阻止了水星內(nèi)可能的石質(zhì)行星的形成。

損失了多少物質(zhì)？

盡管小型星子的數(shù)量要比大型的多得多，但是星子總質(zhì)量的大部分還是存在于大型星子中。因此，如果有大量大型星子的存在，那么即使所有小型星子都被太陽(yáng)風(fēng)吹走了，也不會(huì)有很大的影響。但是，斯伯丁認(rèn)為如果木星最初可以提供星子，那這完全不會(huì)成為一個(gè)問題。通常認(rèn)為當(dāng)氣態(tài)巨行星從塵埃盤中產(chǎn)生后，他們會(huì)從他們產(chǎn)生的位置，通常更靠近恒星的地方，向外遷移。有天文學(xué)家提出木星從太陽(yáng)系中很遙遠(yuǎn)的位置一路遷移至1.5天文單位處，隨后土星的形成將其拖到了現(xiàn)在距離太陽(yáng)5.2天文單位的位置。當(dāng)木星經(jīng)過太陽(yáng)系內(nèi)部時(shí)，也將帶來大量星子的補(bǔ)充—甚至是10到20倍地球質(zhì)量。如果這一情況確實(shí)發(fā)生了，那么水星軌道以內(nèi)的大部分星子都是木星運(yùn)動(dòng)到太陽(yáng)系內(nèi)部的結(jié)果。

如果這些星子的軌道改變大到足以從太陽(yáng)系外圍運(yùn)動(dòng)到太陽(yáng)附近，最大的星子很有可能會(huì)相互碰撞并瓦解！經(jīng)過這些碰撞，大到100千米左右的星子會(huì)自發(fā)瓦解成100米左右大小的星子，大大增加了受到太陽(yáng)風(fēng)影響的星子的數(shù)量。斯伯丁發(fā)現(xiàn)如果所有尺寸大于100千米的星子都瓦解成了更小的天體，至少0.1倍地球質(zhì)量的小星子會(huì)被吹出水星軌道以外。這就等于兩倍水星質(zhì)量。

無法填充的真空

當(dāng)所有尺寸小于100米的天體都被吹出水星軌道以外時(shí)，行星形成過程會(huì)變的十分緩慢，以至于一個(gè)天體很難成長(zhǎng)到行星大小。像水星和地球這樣的石質(zhì)行星從胚胎開始形成（大于1000千米，或者大于最大的小行星谷神星），并與其它胚胎或者更小的星子碰撞并合。沒有大量小天體，這些胚胎就失去了與其他天體碰撞并合的機(jī)會(huì)。因此，當(dāng)碰撞發(fā)生的概率很低時(shí)，產(chǎn)生行星大小的天體也就需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

但是，如果這一過程所需要的時(shí)間過長(zhǎng)，水星和其他已經(jīng)形成的行星就會(huì)有時(shí)間改變這些胚胎的軌道，大概率使其向太陽(yáng)系外部運(yùn)動(dòng)，并與其他行星碰撞。結(jié)合太陽(yáng)風(fēng)的影響，這會(huì)使得在水星內(nèi)側(cè)既缺少小天體，也缺少足夠大的天體來形成行星。

與以往理論的比較

曾經(jīng)有理論認(rèn)為由于水星以內(nèi)沒有行星是因?yàn)樵谶@一區(qū)域內(nèi)沒有星子（10到100千米）形成。這一理論則是提出了另一種假設(shè)，如果大量星子和迷你星子（10到100米）被木星遷移帶到了這一區(qū)域會(huì)發(fā)生什么？作者用小天體會(huì)被原初太陽(yáng)的星風(fēng)吹遠(yuǎn)這一理論來回答了這個(gè)問題?？傊?，能看到對(duì)同一個(gè)問題有兩種截然不同的途徑去解釋是一件令人欣慰的事情，當(dāng)我們更好的理解這一現(xiàn)象后，我們也就可以更好地理解太陽(yáng)系是否真的如此特殊。

『天文時(shí)刻』 牧夫出品

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