你所想象的太阳系形成过程可能比你想象的要混乱得多

当我们大多数人学习太阳系时，它似乎是一个相当有序的地方。我们的太阳大约在五十亿年前形成，行星稍后出现。作为一个非常普遍的趋势，这些行星离太阳越远，形成的就越大，密度越小。

但是，这个故事忽略了我们太阳系年轻时发生的混乱动力学和剧烈的重排。大自然最终可能喜欢秩序，但这种秩序是从纯粹的偶然中演变出来的。我们的太阳系现在可能已经稳定下来了，但在它年轻的时候，它是一个狂野的地方。

在混乱中创造秩序

行星是由最初的气体和尘埃盘形成的。（来源：NASA）

基本故事听起来确实是有序的。任何恒星系统都始于一个巨大的气体盘，中心有一个正在形成的婴儿恒星。恒星吸收了这个盘中绝大部分的物质，但还有一些剩余。这些残余物聚集形成尘粒，尘粒变成鹅卵石，鹅卵石变成巨石，最终变成行星。与此同时，年轻的恒星开始发光，产生太阳风，开始吹走剩余的气体。只有重物质会留在恒星附近，导致附近形成小而致密的行星。物理学还告诉我们，这些更近的行星的轨道较小，限制了它们能够遇到和凭借其不断增长的引力质量捕获的物质量。远处的，可以形成气态巨行星，吸收大量的氢和氦气体。再远一点，你就能找到霜线，在那里冰可以存在，而不会被太阳的热量融化或烘烤掉。这些被整合到冰巨行星中。

这听起来非常整洁和古雅，就像一个宇宙的“恰如其分的故事”。但太阳系比这更混乱，也更复杂。例如，那里有柯伊伯带和奥尔特云，这些不是被收集到任何一个天体中的碎屑带。火星神秘地渺小，而且为什么太阳系中间会有小行星带呢？

我们还知道，地球在其早期历史上曾被一个巨大的天体撞击过，尽管它来自哪里仍然是个谜。无论如何，那颗行星大小的撞击者给了我们一颗月球——这在很多方面都很有用。但它肯定不是命中注定的。

行星不会停留在同一个地方

木星在太阳系中仍然有很大的影响力，有整个家族的小行星，被称为特洛伊小行星和希腊小行星，都在其引力影响下。（来源：Roen Kelly）

请记住，大自然的大多数事件链的开端都相当随机。所以有时行星会在其寿命无数万年内不稳定的轨道上形成。偶尔，这种不稳定性意味着行星会相互碰撞。更常见的是，这意味着它们在宇宙中非常接近——没有碰撞，但足够近，以至于引力和动量可以将它们甩入奇怪的轨道。我们一直以来都利用这种“弹弓效应”来操纵航天器，这带来了巨大的好处，但随机的遭遇会导致随机的弹弓效应。有时行星可能会将自己弹出太阳系——就像与地球碰撞形成我们月球的那颗火星大小的天体一样，现在已不知去向。科学家们发现了一些这样的流浪行星，它们不附属于任何可识别的恒星，在宇宙中漂泊。

而我们月球的诞生并非行星流浪的唯一例子。早在太阳系年轻的时候，我们的太阳还没有吹走所有多余的气体。取而代之的是，它散布在行星周围，在某些区域比其他区域更密集。木星绕太阳运行，与这些气体波相互作用，开始失去角动量并螺旋式向内靠近。当它向内迁移靠近太阳时，它也向内靠近了它的内邻居火星，并吸入了本应属于这颗红色星球的物质。这或许可以解释为什么火星最终拥有的物质比地球少，尽管它的轨道路径更大，按理说应该能为其提供丰富的物质，使其长得更大。为了回到我们现在看到的时代，木星就需要反向行驶，研究人员称之为“大倾角”（就像帆船改变方向时进行倾角操作一样）。但为什么一颗行星会突然改变方向呢？

由于其庞大的质量，木星和土星在今天的太阳系中仍然有很大的影响力。研究人员认为，很久以前，当木星螺旋式向内靠近太阳时，土星可能紧随其后。这两颗行星陷入了一种共振，将它们拉回向外，并对周围的天体产生了更强的拉力。这种引力推力可能将海王星推得更远，而海王星又将冰冷的柯伊伯带天体向内散射。然后木星将这些天体全部抛出，形成了仍然包围着我们的奥尔特云。

望向离家更远的地方

WASP-12b是另一颗如此之热的行星，以至于它的大气层正在流失到它的恒星中。（来源：ESA/Hubble)

从更远的视角来看待这些事件可能会有所帮助。自几十年前天文学家发现第一个太阳系外的行星以来，就很清楚，其他太阳系与我们的并不太相似。其中一些是观测偏差——实际上很难看到像地球一样大小的行星围绕着像我们离太阳一样远的恒星运行。

但即使是我们看到的一些较大的行星也看起来不同。天文学家发现了许多热木星，即气体巨星，它们在靠近恒星的炙热轨道上运行。他们发现了大量的超级地球，这些亚海王星大小的天体似乎是最常见的行星类型——而且在我们自己的系统中不存在。随着我们观察到的更多系统，他们注意到了我们自己的系统中一直存在的证据：行星经常会流浪。

自天文学家首次发现“热木星”以来，它们就一直令人困惑。对于一个巨大的气体球来说，它形成在一个明亮的、炙热的恒星旁边，这在物理上是不合理的。恒星会将气体剥离得比新兴行星的引力能将其拉近得更快。事实上，我们可以看到这种情况发生在一些最热的系外行星周围，比如HD209458b。天文学家实际上可以看到它的大气层在它后面飘散，被蒸发掉。

也许更具说服力的是WASP-17b，另一颗热木星。它以逆行（向后）轨道绕着它的主恒星运行，这肯定是它过去发生了一些奇怪事情的迹象，因为行星不可能一开始就以错误的方向旋转。

天文学家还知道，这两颗行星都像其他热木星一样是孤独的。这可能是我们太阳系的命运，如果不是土星将木星从其向下的螺旋中拉出来的话。如果没有这次救援行动，木星可能会将太阳系的其余部分驱赶到深空。我们不知道拥有热木星的系统在过去是否有更多的行星，但我们确实知道，这些假想的行星不太可能在木星般的行星向太阳下落的过程中幸存下来。

由于我们没有我们自己太阳系很久以前的“行车记录仪”录像，研究人员很难“证明”这些场景中的任何一个。但是，我们对周围的宇宙观察得越多，就越能看到被扰乱的系统和流浪行星的证据，也就越能了解我们自己太阳系的历史是多么的独特。