火星和木星之间有一条宽阔的小行星带,为何早期没有形成行星呢?

优美生态环境保卫者

发布时间:05-0912:20

我们在看太阳系的图片时,会在火星和木星之间发现一块条带状分布的小行星密集区域,它就像一片薄薄的圆盘围绕着太阳运行,而这条小行星带中的小天体数量众多,在引力干扰和相互碰撞的情况下,有一部分小行星会脱离原有轨道向太阳系内侧移动,其中就有可能接近地球的公转轨道,甚至直接冲向地球,成为影响地球安全的最大潜在因素之一。那么,这些小行星带是如何形成的呢?

小行星带的基本情况

通过目前的观测和判断,小行星带的星体数量至少有50万颗,而已经监测备案的数量达到近20万颗。从目前情况看,我们在小行星带中,已经发现的最大天体为谷神星,其直径约为950公里,其它体积比较大的还有智神星(直径540公里)、婚神星(直径240公里)、灶神星(直径480公里),其余的小行星体积就比较小了,绝大部分的天体都是非常小的岩石甚至尘粒物质。

从监测情况看,小行星带从距离太阳2.17个天文单位开始,一直延伸到3.64个天文单位,处于火星和木星轨道之间,总宽度约为2.2亿公里。从空间分布的密度来看,在小行星带中,每个星体之间的平均距离要有上百万公里之远,因此,我们在图片中看到的小行星带,与实际状态差异很大,其中的空间仍然是非常空旷的,即使探测器从中穿过,也不用怎么担心被小行星撞击的风险。

行星爆炸说

1766年,德国的一位中学老师提丢斯发表了一篇文章,提出了一个神奇的数列,即提丢斯数列:L=(n+4)/10,如果将n=0,3,6,12等等这些规律性的倍数代入,能够比较准确地得到太阳与各大行星之间的实际距离,当然结果值的单位为天文单位。比如水星距离太阳0.4个天文单位、水星距离太阳0.7个天文单位、地球距离太阳1个天文单位,等等。当时并未发现火星和木星之间的小行星带,也未发现天王星。后来,德国天文学家波得在此基础上,又进一步优化并提出了相应的关系式:L=0.4+0.3*2^(n-2),对应各大行星n的取值分别为负无穷大、2、3、4、5……,与最后科学家们监测的行星与太阳的距离进一步接近,而当天王星发现以后,通过测算它与太阳的距离,与波得提出公式中n值为8比较完美地契合,因此这个关系表达式名声大燥,这个规律也被称为“提丢斯-波得”定则。

不过,这里发现一个问题,那就是在提丢斯数列中,火星对应的n取值为12、木星对应的n取值为48,中间缺少了一个n值24;同样,在波得数量中,火星的n取值为4、木星的n取值为6,中间同样缺少了一个n值5,因此有科学家推测在火星和木星之间原本应该存在着一颗行星。只不过后来由于某种原因发生了爆炸,碎裂为无数很小的岩石体和尘埃物质,逐渐飘散在原来的轨道范围之内。

但是,在一个行星轨道内,行星要发生剧烈爆炸,要完全突破自身的比结合能,所需要的能量是异常巨大的,即使像月球起源说那样,一颗大质量的行星与地球相撞,也没有将地球粉碎,反而是大部分聚合在了一起,抛洒出去的其余物质在引力作用下逐渐聚合成月球。因此,这种假说不能很好地即使行星爆炸的原因,也无法解释即使大质量行星相互撞击,之后破碎的物质为何没有在引力作用下再进一步聚集的问题。

行星半成品说

在科学家们研究恒星系统形成和演化规律时,逐渐意识到小行星带的形成,与各大行星的起点是几乎相同的,那就是都是通过吸聚星云物质而缓慢积聚,不断壮大自身质量,只不过小行星带特殊的空间区位,使得没有延续行星形成的后半程阶段的发展趋势,而只是形成了一个“半成品”。

我们所在的太阳系所在空间区域,原先存在着一颗大质量的恒星,在其生命尾声时发生了大规模的超新星爆发,从而将巨量的物质抛洒在这一区域。从距今50亿年开始,这些星云物质开始在引力扰动的影响下逐渐发生聚集,形成了若干质量相对集中的核心区,其中太阳所在的位置,原始核心所吸聚的物质最多,周边众多星际物质逐渐在重力作用下发生坍缩,核心温度逐步提高,最终突破了氢原子核聚变的温度形成原始太阳。而没有被吸聚的物质,在原有若干质量相对集中的核心引力作用以及太阳风吹拂下,逐步发展为行星。那些数量众多的轻质量物质被吹到距离太阳较远的位置形成气态行星,而只留下质量较大的物质逐步聚合为固态行星。

原本在木星和火星之间是应该可以聚合形成一颗行星的,只不过由于木星吸聚气态等轻质量物质具有得天独厚的优势,那就是刚好处于固态行星和气态行星的交界点,它是第一道关口,因此质量增长得很快,在其巨大引力作用下,木星和火星之间发生了一定程度的轨道共振,使得处于它们之间区域的星际物质,所受到的外界引力作用干扰,远大于星际物质之间的引力作用,所以进一步聚合的条件受到了极大地限制,一方面无法聚集更多的星际物质,另一方面聚合形成稍大一点的星体也会被木星强大的引力所干扰,部分还会发生相互碰撞,因此最终只留下质量很小的岩石碎片和尘埃等微小物质。

总结一下

从目前科学界的研究结果来看,行星“半成品说”比较有效地解释小行星带的形成。之所以这些小行星没有进一步聚合为一颗行星,主要是“半程发力”的后劲不足,许多物质都被木星所吸聚,同时逐渐强大的木星也以引力干扰形式、以及和火星之间的轨道共振综合作用,进一步阻碍了剩余星际物质的聚合,最后造成了这一区域行星形成的“半途而废”,只能以岩石碎片和尘埃物质的形式存在于这一空间之内了。

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