太陽系的行星工廠

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翻譯：葛文迪

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

后臺：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-05-ligovirgokagra-precision-gravitational-astronomy.html

在木星軌道正外側(cè)，形成了一個高壓氣體環(huán)形區(qū)域。在這個"塵埃陷阱"中，數(shù)百萬年間形成了不同成分的星子。

圖片來源：MPS / hormesdesign.de

研究人員長期以來一直懷疑，這一過程是混亂且不均勻的，而非有序的。太陽系早期不同區(qū)域可能在不同條件下演化，不同發(fā)展階段的星子可能同時形成。

如今，德國馬克斯·普朗克太陽系研究所（MPS）的科學(xué)家表示，他們已在木星軌道正外側(cè)識別出一個特別重要的區(qū)域。根據(jù)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的一項新研究，這個環(huán)形區(qū)域是星子高效且高度多樣化的誕生地。

他們的計算機模擬表明，在大約兩百萬年的時間里，該區(qū)域產(chǎn)生了成分截然不同的星子。

不同的碳質(zhì)球粒隕石群（此處為CO、CV、CM、TL、CI和CR）可以追溯到大約兩百萬年間形成的不同世代的星子。它們在細粒物質(zhì)（此處以藍色顯示）和包體（此處以棕色顯示）的比例上有所不同。

圖片來源：MPS / hormesdesign.de

"不同類型的星子顯然在塵埃氣體盤的同一區(qū)域形成，只是時間不同。木星軌道正外側(cè)的區(qū)域為此提供了絕佳條件，"行星形成莉澤·邁特納研究組負責(zé)人喬安娜·德拉茲科夫斯卡表示。

木星軌道形成了一個強大的塵埃陷阱

該研究聚焦于太陽系誕生后約兩百萬年至四百萬年的時期。到那時，木星已經(jīng)清掃了其軌道附近的大部分物質(zhì)，在周圍的氣體和塵埃盤中留下了一個空隙。

科學(xué)家認為，這一過程還在木星軌道正外側(cè)形成了一個氣體壓力增強的環(huán)。漂移穿過該盤的塵埃顆粒被困在那里，導(dǎo)致大量物質(zhì)堆積。這些密集的塵埃集合形成了稱為卵石的小型團塊。

早期研究已經(jīng)表明，在這些"塵埃陷阱"內(nèi)部的卵石可以在太陽系早期迅速成長為星子。然而，研究人員尚不清楚同一區(qū)域是否能夠在漫長時期內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生成分截然不同的天體。

碳質(zhì)球粒隕石的外觀可能大不相同。有些，如這里展示的阿連德隕石，含有高比例清晰可辨的包體。

圖片來源：MPS / T. Klawunn

新研究表明這是可能的

利用先進的模擬，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在這個塵埃陷阱中，數(shù)百萬年間可能形成了幾個截然不同的星子種群。結(jié)果也與地球上發(fā)現(xiàn)的特定隕石群的特征高度吻合。

"我們首次成功地利用早期太陽系的計算機模擬準(zhǔn)確再現(xiàn)了隕石實驗室研究的結(jié)果。隕石可以說是行星形成理論的試金石，"MPS 所長兼宇宙化學(xué)家托爾斯滕·克萊因表示。

古老隕石揭示行星形成的線索

隕石是從太空飛來并在大氣層中幸存下來的巖石碎片。大多數(shù)被認為是古代星子的碎片，自太陽系最早時期以來基本保持不變。

研究人員專注于碳質(zhì)球粒隕石，一種富含碳的石質(zhì)隕石。先前的實驗室研究表明，這些隕石在模擬研究所考察的同一時期于木星外側(cè)形成。

科學(xué)家根據(jù)年齡和成分將碳質(zhì)球粒隕石分為六組。有些很脆弱，主要由容易碎裂的細粒物質(zhì)組成。另一些更堅固，含有嵌入在較細物質(zhì)中的可見包體。

在模擬中，這些材料對應(yīng)于年輕太陽系中存在的兩種不同物質(zhì)。一種由易碎的塵埃物質(zhì)組成，另一種由在早期較熱區(qū)域形成并隨后擴散到整個盤中的更穩(wěn)定團塊構(gòu)成。

"對于我們的模擬來說，在小尺度和大尺度上模擬兩種物質(zhì)的行為和相互作用至關(guān)重要，"MPS 博士生、論文第一作者內(nèi)雷亞·古魯查加表示。

另一些，如伊武納隕石，幾乎完全由細粒、易碎的物質(zhì)組成。這里展示的膠囊僅約一厘米長，含有少量這種非常罕見的隕石顆粒。

圖片來源：MPS / T. Klawunn

模擬揭示多代太空巖石

模型追蹤了單個顆粒的碰撞以及物質(zhì)穿過巨大氣體盤的大規(guī)模運動。顆粒可以粘在一起、碎裂、向內(nèi)漂向太陽，或在密集區(qū)域聚集。

模擬顯示，木星對較大、較堅固的顆粒的阻礙作用強于對微小塵埃顆粒。與此同時，新星子的形成逐漸消耗了部分可用物質(zhì)。

隨著時間的推移，這些效應(yīng)導(dǎo)致不同混合的物質(zhì)聚集在木星軌道外側(cè)的區(qū)域。隨著平衡發(fā)生變化，明顯不同的星子世代開始出現(xiàn)。

在最初的50萬年間，易碎物質(zhì)的數(shù)量最初下降，隨后在接下來的100萬年間再次增加。最終，出現(xiàn)了兩個截然不同的星子種群。一組主要由脆弱物質(zhì)組成，另一組則由更穩(wěn)定的物質(zhì)主導(dǎo)。

研究人員認為，甚至更早的隕石類型，超越碳質(zhì)球粒隕石之外，也可能在同一個塵埃陷阱中形成。

"有強有力的證據(jù)表明，塵埃陷阱是我們太陽系中星子的首選誕生地，"喬安娜·德拉茲科夫斯卡表示。

責(zé)任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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