科学|火星是如何诞生的？科学家追溯到太阳系形成的时刻
火星和太阳系其余部分形成于46亿年前 。 但究竟行星是如何形成的仍然是一个争论的话题 。 目前 ， 有两种理论认为冠军的作用 。
太阳系形成之初
本文插图
第一个也是最广泛接受的理论 ， 核心吸积作用 ， 很好地形成了像火星这样的类地行星 ， 但在巨大的行星上存在问题 。 第二 ， 磁盘不稳定的方法 ， 可以解释这些巨大行星的产生 。
科学家们正在继续研究太阳系中的行星 ， 以更好地了解这些方法中哪一种是最准确的 。
核心增长模型
最主要的理论 ， 被称为核心吸积 ， 是太阳系开始时是一个巨大的、团状的冷气体和尘埃云 ， 被称为太阳星云 。 这个星云由于自身的重力而坍缩 ， 并被压扁成一个旋转的圆盘 。 物质被拉到圆盘的中央 ， 形成太阳 。
其他物质颗粒粘在一起形成一团块叫做星子 。 其中一些组合形成小行星、彗星、卫星和行星 。 太阳风——带电粒子流从太阳流出——冲走了较轻的元素 ， 如氢和氦 ， 留下的大多是小而岩石的世界 。 然而 ， 在外部区域 ， 由于太阳风较弱 ， 气态巨行星主要由氢和氦组成 。
系外行星的观测似乎证实了核心吸积是主导形成的过程 。 拥有更多“金属”的恒星——天文学家使用氢和氦以外的元素——在它们的核心中有比它们的金属可怜的表亲更大的行星 。 根据美国国家航空航天局(NASA)的说法 ， 核心吸积表明 ， 小的、岩石的世界应该比更大的气态巨行星更常见 。
2005年发现的一颗巨大的行星围绕着类似太阳的恒星HD 149026轨道运行 ， 这是一个外行星的例子 ， 它帮助加强了核心吸积的案例 。
格雷格·亨利在一份新闻稿中说:“这是对行星形成的核心吸积理论的确认 ， 也证明了这类行星的存在 。 ”纳什维尔田纳西州立大学的天文学家亨利发现了星星的暗淡 。
在2018年 ， 欧洲航天局计划发射“太阳系外行星”(CHEOPS) ， 该卫星将研究从超级地球到海王星的太阳系外行星 。 研究这些遥远的星球可能有助于确定太阳系中的行星是如何形成的 。
“在核心的吸积场景中 ， 行星的核心必须达到临界质量 ， 然后才能以失控的方式加入气体 。 ”CHEOPS团队说 。
“这个临界质量依赖于许多物理变量 ， 其中最重要的是星子增生的速率 。 ”
通过研究不断增长的行星如何增加物质 ， CHEOPS将为世界的发展提供洞察 。
核心吸积在18世纪晚期由伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)和皮埃尔·拉普拉斯(Pierre拉普拉斯)首次提出 。 星云理论有助于解释我们太阳系中的行星是如何形成的 。 但随着“超级地球”行星的发现 ， 围绕着其他恒星运行的行星 ， 提出了一种新的理论 ， 即磁盘不稳定性 。
磁盘不稳定模型
尽管核心吸积模型对类地行星很好 ， 但气态巨行星需要迅速进化 ， 才能抓住它们所包含的大量较轻的气体 。 但模拟还无法解释这种快速形成的原因 。 根据模型 ， 这个过程需要几百万年 ， 比早期太阳系的轻气体还要长 。 与此同时 ， 核心吸积模型面临着一个迁移问题 ， 因为小行星很可能在短时间内螺旋上升到太阳 。
根据一个相对较新的理论 ， 磁盘不稳定 ， 尘埃和气体聚集在太阳系生命的早期 。 随着时间的推移 ， 这些团块慢慢地压缩成一个巨大的行星 。 这些行星的形成速度比它们的核心吸积物更快 ， 有时甚至在一千年的时间里 ， 使它们能够捕捉到快速消失的更轻的气体 。 它们还能很快到达一个稳定的轨道 ， 使它们无法进入太阳 。
根据太阳系外行星天文学家保罗·威尔逊(Paul Wilson)的说法 ， 如果磁盘不稳定支配着行星的形成 ， 那么它应该在大量的指令下产生大量的世界 。 这四颗巨大的行星围绕着恒星HD 9799旋转 ， 为磁盘不稳定提供了观测证据 。 在它的恒星周围环绕着2000年的外行星 ， 它也可以是一个通过磁盘不稳定形成的世界的例子 ， 尽管这个星球也可能因为与它的邻居的相互作用而被驱逐 。
卵石吸积
对核心吸积的最大挑战是时间——建造巨大的巨型气体巨人 ， 足以抓住他们大气中较轻的成分 。 最近的一项研究表明 ， 与早期的研究相比 ， 小型的pebble大小的物体如何融合在一起 ， 比早期的研究要快1000倍 。
“这是第一个模型,我们知道,你从一个非常简单的结构开始从行星形成太阳星云,与巨大的行星系统,最终,我们看到的,”研究作者哈罗德·奥尔特西南研究所的天文学家(SwRI)在科罗拉多州,2015年告诉Space.com 。
2012年 ， 瑞典隆德大学(Lund University)的研究人员Michiel Lambrechts和安德斯·约翰森(Anders Johansen)提出 ， 微小的卵石一旦被冲掉 ， 就会成为快速建造巨大行星的关键 。
他说:“研究结果表明 ， 这种以前被认为不重要的形成过程中遗留下来的小石子 ， 实际上可能是行星形成问题的一个巨大解决方案 。 ”
Levison和他的团队建立在这一研究上 ， 更精确地模拟了这些微小的卵石如何在今天的银河系中形成 。 在之前的模拟实验中 ， 大中型物体以相对恒定的速度消耗着它们的pebble大小的表兄弟 ， Levison的模拟显示 ， 更大的物体更像恃强凌弱者 ， 从中等大小的物质中攫取小石子以更快的速度生长 。
研究报告的作者之一、来自SwRI的凯瑟琳·克瑞克告诉Space.com网站说:“现在较大的物体会把较小的物体分散到较小的物体上 ， 而较小的物体会把它们散射回来 ， 所以较小的物体最终会被分散在卵石圆盘上 。 ”“更大的家伙基本上是欺负较小的那个 ， 这样他们就可以吃掉所有的鹅卵石 ， 而且他们可以继续成长 ， 形成巨大行星的核心 。 ”
2018年 ， 美国国家航空航天局将启动对火星的探测任务 ， 研究火星的内部 。
“但洞察力不仅仅是一个火星使命——这是一个类地行星explorer将解决的最基本问题之一的行星和太阳系科学——理解的过程,塑造了太阳系内部的岩石行星(包括地球)四十亿多年前,“据NASA 。
“InSight试图回答科学最基本的问题之一:地球上的行星是如何形成的?”
缩小
火星是否从磁盘不稳定、核心或卵石添加开始 ， 随着它的增加 ， 它继续增加 。 模型表明 ， 如果气体和尘埃能够顺利地通过太阳系传播 ， 那么红色的行星应该和金星和地球一样大 。 相反 ， 火星的质量只有10% ， 这表明它是在一个低行星的区域形成的 。
火星地表
本文插图
进入大头针模型 ， 主导理论解释所谓的“小火星问题” 。 根据模型 ， 木星和土星在他们出生后不久就朝着太阳迁移 ， 然后像帆船一样被拖回太阳系外 。 沿着这条路 ， 他们将会把本该提供火星形成的大部分碎片清扫掉 。
另一种可能是在原行星盘中自然形成的低密度区域 。
“如果这个部分的空隙足够长 ， 它就可以保存在后来形成的行星和行星胚胎的分布中 ， ”钱伯斯写道 。 “Izidoro所做的模拟显示 ， 在火星目前的轨道上 ， 减少50%到75%的行星建筑 ， 有利于形成一个弱小的红色星球 。 ”
另一种选择是火星实际上是从小行星带开始的 ， 然后由于与行星的相互作用而向太阳移动 。
“因为火星比小行星更大 ， 所以当它把这些行星散射到木星上时 ， 它就会失去能量 ， 因为它把它们从太阳系中喷射出来 ， ”Ramon Brasser ， 第一作者 ， 东京技术的地球生命科学研究所的副教授 ， 告诉Space.com 。
加热和冷却
就像所有的行星一样 ， 由于这些碰撞产生的能量 ， 火星变得很热 。 地球内部的熔化和致密元素 ， 如铁 ， 下沉到中心 ， 形成核心 。 较轻的硅酸盐形成了地幔 ， 而最不密的硅酸盐形成了地壳 。 火星可能有几百万年的磁场 ， 但随着地球变冷 ， 磁场也随之消失 。
年轻的火星上有活火山 ， 火山表面喷出岩浆 ， 将水和二氧化碳喷射到大气中 。 但火星上没有构造活动 ， 因此火山在每次喷发时都保持静止和生长 。
火山活动也可能使火星大气层更厚 。 火星的磁场保护地球免受辐射和太阳风的影响 。 研究表明 ， 大气压力越大 ， 火星表面的水可能就会流动 。 但大约35亿年前 ， 火星开始冷却 。 火山爆发得越来越少 ， 磁场也消失了 。 不受保护的大气被太阳风吹走 ， 地表被辐射轰击 。
在这些条件下 ， 液态水不能存在于表面 。 研究表明 ， 水被困在地下的液体和冰冻的形式 ， 以及极地冰帽的冰层 。
【科学|火星是如何诞生的？科学家追溯到太阳系形成的时刻】我们所知道的所有生命都需要液态水 ， 所以在火星上找到它的证据是非常有趣的 。
推荐阅读
- 结核|再见吧，“结核君”
- 【夜读】豆腐飘香
- 番茄炒鸡蛋先炒番茄还是先炒鸡蛋？其实都不对，正确方法送给你
- 白色的发糕是用什么粉做的，难做吗？
- 做蛋炒饭，先炒蛋呢还是先炒饭呢很多人做的不对，难怪不好吃
- 红豆和玉米面是绝配，一个做皮一个做馅，包好入锅一蒸，特香
- 大脑|你的大脑和心理究竟是什么关系？
- 粒子|人体本身是由一堆粒子组成，怎么会产生思想？
- 宇宙|我们的宇宙是真实的吗？全息宇宙
- 显微镜|假如人类可以把显微镜提升到40亿倍，是不是全新的宇宙观？