木星和火星之间为何会有一大堆小行星?

天文学家提丢斯(Titius Johann Daniel)在1766年发现,当时太阳系中已知的六颗行星(天王星与海王星在那时还未被发现)与太阳的平均距离很有规律,并总结出了一个简单的公式,即:“L=(n+4)/10”(www.8sh.net)。

提丢斯指出,如果将上述公式中的n分别赋值为“0、3、6、12、24、48、96……”(从第二个数开始为等比数列),就可以依次得出太阳和各大行星之间的实际距离非常接近的结果(单位为天文单位),具体表现为,水星、金星、地球和火星的n值分别对应为“0、3、6、12”,得出的结果就分别为0.4、0.7、1、1.6(天文单位)。

而将n分别被赋值为“48”和“96”时,其计算结果也与木星和土星的实际情况基本相符,而唯独“24”这个值却没有对应的行星,因此提丢斯提出了一个假设,那就是在木星和火星之间,应该存在着一颗行星,而根据上述公式的计算,这颗行星与太阳的平均距离应该是2.8天文单位左右。

1781年,天王星的发现再次印证了提丢斯提出的规律,因为天王星在上述公式中的n值应该为“192”,计算结果为19.6,而实际上,天王星与太阳的平均距离约为19.2天文单位。从此之后,提丢斯提出的假设就得到了天文学家们的重视,他们纷纷将目光聚集在距离太阳2.8天文单位的这片区域,并试图找到提丢斯预言的那颗行星。

后来的事大家也知道了,在这片区域中只有一个由大量小行星组成的“小行星带”,并没有什么行星。那么问题就来了,木星和火星之间为何会有一大堆小行星呢?一个合理的推测就是,它们会不会是行星的残骸?

想象一下,在这片区域中本来应该有一颗行星,但却因为某种原因爆炸了,而这颗行星的残骸,最终就形成了一大堆小行星。由于这种推测合情合理,因此在过去的很长一段时间里,人们普遍都对此表示认同,人们还将这颗行星命名为“法厄同星”。

然而随着天文观测水平的不断提高,人们渐渐发现,上述假设极可能不成立,一个最直接的证据就是,位于木星和火星之间的那些小行星,其化学成分存在着明显的差异,很明显,如果它们真的是行星的残骸,就不可能出现这种情况。

那这些小行星到底是从何而来呢?对于这个问题,目前科学界的主流观点认为,这主要是木星造成的。

该观点认为,我们的太阳系诞生于一片原始星云的引力坍塌,在这片星云的坍塌过程中,物质不断地向星云的引力中心聚集,并最终形成了太阳,而星云的残存物质又在太阳周围形成了一个盘状结构,这被称为“原行星盘”,“原行星盘”内的物质不断碰撞和吸积,最终形成了太阳系中的各大行星。

由于木星形成的位置刚好位于太阳系的“雪线”之外,因此木星就能够大量吸积来自太阳系内侧的挥发性物质(因为这些物质过了“雪线”之外,就会凝结成固体),从而迅速成长,当它的质量达到一定程度后,就具备足以束缚住氢和氦的引力,从此之后,木星就一发不可收拾,很快就成为了太阳系中最大的一颗行星。

从“原行星盘”内的物质分布来看,在木星和火星之间应该会形成一颗行星,然而木星的迅速形成却阻止了这种情况的发生,在它的引力作用下,那些原本应该形成行星的物质始终无法凝聚成足够大的天体,最后就只能形成一大堆小行星。

值得一提的是,科学家还推测,在原始木星形成之后,太阳系的“原行星盘”并未完全消失,在这种情况下,原始木星就会因为与“原行星盘”中的物质交换角动量而损失机械能,进而沿着一种螺旋形的轨道向太阳“坠落”,不过在土星的形成之后,又与木星形成了一种特殊的轨道共振,将木星“拉”了回来。

也就是说,在太阳系形成之初,木星曾经在距离太阳更近的区域“逛”了一圈,由此带来的结果就是,太阳系内侧的那些本来应该形成行星的物质出现了一定程度的减少,而这也是太阳系中没有超级地球的原因。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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