研究行星形成與演化過程是解答宇宙和生命起源問題的基礎。浙江大學聯合法國、美國的研究團隊通過木星、土星、海王星、天王星等巨行星的動力學變遷，提出了太陽系巨行星軌道演化的新模型。這項成果於4月27日刊登於《自然》雜誌。
“今天我們所見太陽系的行星軌道，與太陽系‘童年’時有很大不同。”浙江大學物理學院研究員劉倍貝說，太陽系誕生之初，星際空間中的氣體分子云坍縮，中心部分形成太陽，殘餘物質繞恆星旋轉形成一個扁平的“原行星盤”。
行星在原行星盤內成長，與盤中氣體相互作用，軌道逐漸圓化並向內遷移。然而現今木星、土星、海王星、天王星等巨行星的軌道分佈更為開闊，巨行星也脫離了原有的共振狀態。科學家們認為巨行星的軌道經歷過動力學劇變。
研究團隊認為，在太陽系初期，原行星盤受到太陽“光致蒸發”作用，盤中氣體從內向外耗散，誘發了巨行星軌道的重塑並引起動力學不穩定。
原行星盤氣體耗散下的行星示意圖。（浙江大學供圖）
“這時太陽就好比一個巨型吹風機，不斷‘吹’走盤中的氣體。”劉倍貝說，原本向內遷移的行星受到向外的氣體作用力，改變運動方向，在經歷劇變之後到達現今的軌道構型。
他們的研究表明，該過程在太陽系誕生后約500萬到1000萬年間發生。“我們從月球隕石坑的年齡上找到了新的佐證。”劉倍貝介紹，巨行星軌道的動力學變遷導致強大的引力擾動，迫使周圍小天體不斷撞向其他行星和衛星，並在星體表面留下隕石坑。“月球隕石坑有着廣泛的年齡分佈，小行星撞擊事件隨時間自然衰減，這也符合團隊提出的模型。”
業內人士表示，巨行星軌道演化對包括地球在內的其他行星、衛星和小天體的演化，以及地球生命的起源、宜居特性等多方面影響深遠。太陽系巨行星軌道演化的新模型，很可能補足了此前太陽系演化理論中缺失的部分。（記者朱涵）