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太阳系形成分两步

2021-02-03 15:15:30 天文学 太阳系

 太阳系的形成分两个阶段。图片来源:MARK A GARLICK

英国牛津大学、德国慕尼黑大学等机构研究人员组成的一个国际研究团队发现,早期太阳系的两步形成过程,可以解释太阳系内外挥发性和同位素含量的年代学和分裂。相关论文近日发表在《科学》上。

这篇论文提出了一个关于太阳系形成和结构的新理论框架,可以解释类地行星(如地球、金星和火星)、外部行星(如木星)以及小行星和陨星组成的几个关键特征。该研究借鉴了天文学(对其他太阳系形成过程的观测)和陨石学(对陨石中同位素、铁和水含量的实验室实验和分析)的最新进展。

天体物理和地球物理现象有助解释在太阳和太阳系的最初形成阶段,为何太阳系内部的行星又小又干燥,而且几乎没有水。它通过两个截然不同的步骤来解释陨石记录。内类地原行星较早形成,内部受强放射性衰变的加热从而变干。

该跨学科团队的数值实验表明,内太阳系吸积早开始和晚结束的相对年表,以及太阳系外行星更晚的出现和更快速的增生,可以用星子的两个不同形成时期来解释,星子是行星的组成部分。

最近对行星形成盘的观察表明,盘中部是行星形成的地方可能有相对较低的湍流水平。在这样的条件下,尘埃颗粒嵌在圆盘上,在轨道位置周围有气体和水,在那里它从气体阶段转变为冰阶段,从而能在太阳系内部引发一场星子的早期形成爆发,然后再在更远处引发另一场。

星子群的两个截然不同的形成时期,通过相互碰撞从周围的圆盘进一步吸积物质,导致形成原行星的地球物理内部演化模式不同。该研究第一作者、牛津大学的Tim Lichtenberg指出:这些星子种群的形成时间间隔不同,这意味着它们由放射性衰变产生的内部热机有很大的不同。太阳系内部的星子变得非常热,形成了内部的岩浆海洋,迅速形成了铁芯,并去除了它们最初的挥发性成分,最终导致了干燥的行星成分。太阳系内部的星子变得非常热,形成了内部的岩浆海洋,迅速形成了铁芯,并去除了它们最初的挥发性成分,最终导致了干燥的行星成分。相比之下,太阳系外的星子形成的时间较晚,因此经历的内部加热要少得多,因此限制了铁核的形成和挥发性物质的释放。

因此,早期形成的干燥的内太阳系和后来形成的潮湿的外太阳系在它们历史的早期就走上了两条不同的进化道路。研究人员表示,这为理解类地行星最早大气的起源以及在银河系外行星普查背景下太阳系的位置开辟了新途径。

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1126/science.abb3091

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