大約45億年前，年輕的太陽就像現在一樣閃閃發光，儘管它比現在小一點。它沒有被行星所包圍，而是被包裹在一個旋轉的氣體和塵埃盤中。這個盤被稱為原行星盤，它是行星最終形成的地方。在早期太陽系的原行星盤中，在火星和木星現在所在的位置與現代小行星帶所在的位置之間，有一個明顯的缺口。究竟是什麼造成了這個缺口，這是一個謎，但天文學家認為這是支配行星形成的過程的一個標誌。
一組科學家已經發表了一篇論文，概述了這一古老缺口的發現。研究主要作者是Cauê Borlina，他是麻省理工學院（MIT）地球、大氣和行星科學系（EAPS）的行星科學博士生。這篇論文已發表在《科學進展》雜誌上。
由於像阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）這樣的設施，天文學家越來越善於觀察類似於太陽系年輕版本的恆星系統，這些恆星系統仍有原行星盤，仍在形成行星。它們往往有明顯的空隙和環，是行星形成的證據。但是這一切究竟是如何進行的，仍然是一個謎。
“在過去的十年中，觀察結果表明，空洞、間隙和環在其他年輕恆星周圍的盤中很常見，”研究報告的共同作者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系（EAPS）的行星科學教授 Benjamin Weiss說。“這些是氣體和塵埃轉變為年輕恆星和行星的物理過程的重要但不為人知的特徵。”
而我們自己的太陽系原行星盤在大約45億年前出現缺口的證據來自對隕石的研究。太陽系的磁場對隕石的結構產生了影響。古地磁塑造了原行星盤中被稱為球粒的微小岩石。球粒是熔化或部分熔化的圓石片，成為一種叫做球粒隕石的隕石的增生。而球粒隕石是太陽系中最古老的一些岩石。
隨着球粒的冷卻，它們保留了當時的磁場記錄。這些磁場隨着時間的推移，隨着原行星盤的演變而變化。根據當時磁場的性質，球粒中電子的方向是不同的。總的來說，所有球粒隕石的球粒都講述了一個故事。
在這項研究中，該小組分析了在南極洲發現的兩塊碳質隕石的球粒。他們使用了一種叫做超導量子干涉裝置(SQUID)的設備。SQUID是一種用於地質樣品的高靈敏度、高分辨率的磁強計。研究小組使用SQUID來確定隕石中每個球粒的古代原始磁場。
這項研究也是基於一種叫做同位素二分法的現象。有兩個獨立的隕石“家族”落到地球上，每個“家族”都有不同的同位素組成，科學家們得出結論，這兩個“家族”一定是在早期太陽系的不同時間和地點形成的。這兩種類型被稱為碳質（CC）和非碳質（NC）。CC隕石可能含有來自外太陽系的物質，而NC隕石可能含有來自內太陽系的物質。有些隕石同時含有兩種同位素指紋，但這是非常罕見的。
該小組研究的兩塊隕石都是來自外太陽系的CC型隕石。當他們對它們進行分析時，他們發現球粒顯示出比他們之前分析的NC隕石更強的磁場。
這與天文學家認為在年輕太陽系中發生的情況相反。隨着一個年輕系統的演變，科學家們預計磁場會隨着與太陽的距離衰減。磁性強度可以用被稱為微特斯拉的單位來測量，CC球粒顯示的磁場約為100微特斯拉，而NC球粒顯示的強度只有50微特斯拉。作為比較，今天地球的磁場約為50微特斯拉。
磁場表明太陽系是如何吸納物質的。磁場越強大，它能吸納的物質就越多。在CC隕石的球粒中明顯的強磁場表明，太陽系外部比內部區域吸納更多的物質，這一點從行星的大小可以看出。這篇論文的作者總結說，這是一個大缺口的證據，它以某種方式阻止了物質流入內太陽系。
“缺口在原行星系統中很常見，我們現在表明，我們在自己的太陽系中有一個缺口，”Borlina說。”這給出了我們在隕石中看到的這種奇怪的二分法的答案，並提供了差距影響行星組成的證據。”
這一切結合起來成為早期太陽系中一個巨大的、無法解釋的缺口的有力證據。
木星是迄今為止質量最大的行星，所以它是一個很好的地方，可以開始了解這一切是如何在我們的太陽系中發生的。隨着木星的成長，其強大的引力可能起到了一定的作用。它可能將氣體和塵埃從太陽系內部掃向外圍，在它和火星之間的演化盤中留下了一個缺口。
另一個可能的解釋來自於圓盤本身。早期的圓盤是由其自身強大的磁場形成的。當這些磁場相互作用時，它們會產生強大的風，可以使物質移位並形成一個缺口。木星的引力和原行星的磁場可能結合在一起，形成了這個缺口。
但是，是什麼造成了這個缺口，這只是一個問題。另一個問題是它發揮了什麼作用？自從40多億年前形成以來，它是如何幫助塑造萬物的？根據這篇論文，缺口本身可能起到了不可逾越的屏障作用，使來自兩側的物質無法相互作用。縫隙內部是陸地行星，縫隙外部是氣態世界。
“穿越這個缺口是相當困難的，一顆行星需要大量的外部扭矩和動量，”主要作者Cauê Borlina在一份新聞稿中說。“因此，這提供了證據，表明我們的行星的形成被限制在早期太陽系的特定區域。”