大碰撞-行星的劇烈誕生過程

大碰撞是如何影響太陽系行星形成的？

在天文學(xué)家眼中，行星的起源仍然是一個(gè)不太清晰的過程。

在原始行星盤上兩個(gè)天體的碰撞示意圖(圖片來自蓋蒂圖片社的科學(xué)類圖片，貢獻(xiàn)者：麥克?格里克)

“行星的形成，涉及到一些實(shí)實(shí)在在的物理過程”。這是最近一篇論文提出的觀點(diǎn)，它探討了大型碰撞事件對(duì)行星形成的重要意義。

目前天文學(xué)家對(duì)行星的起源過程仍然不太明確。最初，一個(gè)恒星系統(tǒng)除了恒星本身，剩下的只是圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的一堆氣體和塵埃。然后一些氣體通過初步合并形成行星的“種子”。

行星的起源來自恒星周圍的塵埃和氣體（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

上百萬年過去后，無數(shù)的“種子”進(jìn)一步合并、增大，并開始吸引附近的物質(zhì)。然后到達(dá)某種臨界階段：形成數(shù)千顆到幾百萬顆的“微行星”，它們圍繞著恒星旋轉(zhuǎn)，每一顆大小都只有幾百公里。

無數(shù)的行星種子（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

這些“微行星”通過進(jìn)一步碰撞和融合，最終形成原始態(tài)的行星。但即使完成這個(gè)過程，這種劇烈運(yùn)動(dòng)仍未結(jié)束。至于下一步會(huì)發(fā)生什么，這引起了天文學(xué)家的激烈爭(zhēng)論，最近有一篇發(fā)表的文章《大型碰撞在行星形成過程中的角色》，對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。

即使在今天，行星依然在不斷遭受撞擊，只不過大部分都屬于小型撞擊，雖然碰撞能量很大，最終也只是在行星表面留下一個(gè)隕石坑。而大型碰撞事件雖然更罕見，其釋放能量卻遠(yuǎn)大于一般的碰撞，這種碰撞發(fā)生在兩顆相近質(zhì)量的行星之間。這種碰撞將徹底的重新塑造行星，改變其命運(yùn)，甚至影響行星的宜居性。

比如，很多天文學(xué)家相信我們的月球是源于一次巨大的碰撞 - 一個(gè)火星大小的天體撞擊了地球。這次碰撞摧毀了闖入天體，同時(shí)也導(dǎo)致地球的地殼蒸發(fā)了相當(dāng)大的一部分，將其拋向軌道，最終又合并形成新天體，就是我們的月球。沒有這次大型碰撞，我們就不會(huì)有這樣大的一個(gè)月球，而這次碰撞對(duì)地球上的生命產(chǎn)生至關(guān)重要，因?yàn)樵虑蚴沟玫厍虻剌S的傾斜在幾十億年中保持了穩(wěn)定。

一次巨型碰撞導(dǎo)致月球形成（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

另一方面，大型碰撞事件也可能是毀滅性的。以水星為例，其最初大小很可能比現(xiàn)在大得多，幾乎是當(dāng)前尺寸的2倍。但是一個(gè)地球質(zhì)量大小的天體碰撞摧毀了其地幔，在經(jīng)歷蒸發(fā)之后，水星就再也無法回到當(dāng)初的大小了。兩顆原始行星的內(nèi)核在融合之后，使得新生的水星擁有了一個(gè)大得多的新內(nèi)核?？茖W(xué)家們這樣推測(cè)，正是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)水星當(dāng)前的內(nèi)核大小明顯超出了水星本來應(yīng)該具有的內(nèi)核尺寸。

這種劇烈碰撞不僅局限于太陽系內(nèi)側(cè)。讓我們看看天王星的情況：位于小行星帶外側(cè)的天王星具有嚴(yán)重的傾斜，它幾乎是“躺”在公轉(zhuǎn)軌道上的，天王星的衛(wèi)星繞行軌道則與太陽系的平面垂直。造成這種現(xiàn)象的一個(gè)可能的原因，就是曾經(jīng)發(fā)生過一次大的碰撞：一個(gè)2-3倍地球質(zhì)量的天體撞擊了天王星，在其側(cè)面產(chǎn)生劇烈的撞擊，然后將碎片拋向附近的軌道，形成天王星的一系列衛(wèi)星。

天王星和地球的自轉(zhuǎn)軸角度差異，可以看出天王星幾乎是“躺著”圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

在碰撞的簡(jiǎn)單模型中，是假定撞擊者被合并到被撞擊的行星中，并增大了后者。此外，作者也描述了一些更復(fù)雜的撞擊情形：最常見的撞擊事件是一個(gè)“撞完就跑”的場(chǎng)景，撞擊者傾斜撞向行星，損失其部分物質(zhì)，但是最終能夠獨(dú)立幸存下來。

盡管如此，兩顆行星一旦發(fā)生撞擊，它們的軌道就會(huì)永久發(fā)生改變，并且很可能會(huì)再次發(fā)生撞擊。在幾百萬年中的一系列“撞完就跑”事件后，被撞擊行星的地幔質(zhì)量會(huì)不斷增大，而撞擊者的外層物質(zhì)逐漸剝離。

由于無法回退時(shí)間，我們永遠(yuǎn)無法準(zhǔn)確的了解整個(gè)太陽系的形成過程，因此我們也無法完全確定大型撞擊事件對(duì)行星形成過程的影響。但是隨著我們對(duì)碰撞過程的深入研究，我們會(huì)對(duì)行星的多樣化演變結(jié)果有更深入的理解。

這種理解對(duì)于我們?cè)谛窍抵兴阉饕凭有行鞘欠浅Ｖ匾?，因?yàn)橄耦惖匦行堑暮币娨苍S和激烈的行星形成過程有密切關(guān)系。

BY:Paul Sutter

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