太阳系中的行星是如何形成的?

Solar system, computer artwork.
太阳系的艺术描绘 图片:SCIEPRO / Getty Images

本文最初发表于 The Conversation

太阳系里离太阳近的行星比离太阳远的行星年龄大吗? – Gavriel,10岁,肯塔基州帕杜卡

一团坍塌的气体云形成了太阳,这是我们太阳系中最早形成的东西。这发生在大约 45亿年前

然后,行星开始出现,因为太阳形成过程中留下的数十亿颗气体和尘埃粒子形成了一个扁平的圆盘。

这个圆盘被称为 原行星盘,它非常巨大,环绕太阳延伸数十亿英里。在圆盘内,气体和尘埃粒子开始碰撞、固化并粘在一起,就像雪花聚集在一起形成雪球一样。

随着粒子粘在一起,微小的颗粒变成了鹅卵石大小的物体,然后不断长大。有些变成了棒球大小的岩石,有些变成了房子大小,还有一些甚至达到了行星的大小。

这个过程, 称为吸积,是太阳系中所有天体——行星、卫星、彗星和小行星——的起源。

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望远镜可以看到年轻的太阳系正在诞生。这张图片是一个来自银河系遥远恒星的原行星盘。NASA/ALMA/ESO/NAOJ/NRAO/A.Isella;/B.Saxton/NRAO/AUI/NSF

冰线

通过研究计算机模型和观察 其他恒星系统的形成天文学家 就像我们一样 了解了许多关于我们太阳系早期的情况。

当太阳还在形成,原行星盘还在形成行星时,有一个离太阳的距离足够冷,可以收集冰。那个地方, 冰线——有时也称为雪线——位于现在的 the asteroid belt,也就是火星和木星之间。

今天,当然,几乎所有行星上都能找到冰, 甚至在水星上。但那时,只有冰线以外的年轻原行星足够冷,能够拥有冰。冰、气体和尘埃碰撞了数百万年,积聚成巨大的天体,最终形成了巨行星—— 木星土星天王星海王星

与此同时,冰线内的较小行星也在形成。但由于可用的原材料较少, 水星金星地球火星 的形成耗时更长。

今天,人们认为木星和土星,这两颗最大的行星,是 最早完全形成的,都在数百万年内完成。天王星和海王星紧随其后,在1000万年内形成。包括地球在内的内行星,至少需要1亿年,甚至更长时间。

换句话说,离太阳最近的四颗行星最年轻;最远的两个行星次之;中间的两个行星最年长。最年轻和最年长的行星之间的年龄差异可能达到9000万年。

这听起来是一个巨大的年龄差异,但在太空中,9000万年 并没有那么长——不到宇宙存在总时间 的1%。一种考虑方式是:把地球看作是一个小妹妹,而木星是比她大两三岁的哥哥。

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这张由哈勃太空望远镜于2019年拍摄的照片是木星,这是离太阳第五远的行星。 NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill (CC-BY)

地理位置,地理位置,地理位置

形成后不久,这些巨大的行星就开始迁移,向内靠近太阳或向外远离太阳,最终稳定在各自的轨道上。

例如, 海王星向外迁移,与天王星交换了位置,并将许多小的冰质天体推入了 柯伊伯带,这是太阳系外围的一个区域,居住着矮行星 冥王星阋神星妊神星,以及数百万颗彗星。

与此同时, 木星向内移动,其巨大的引力迫使一些正在形成的行星冲入太阳,在那里它们被分解了。在此过程中,木星将一些较小的岩石抛出了太阳系;其余的则进入了 小行星带

但最关键的是,当木星稳定到自己的轨道上时,它移动了所有正在形成的物体, 并很可能最终确定了 包括地球在内的剩余内行星的位置。

木星的所有拉扯作用帮助我们将地球置于所谓的“宜居带”,这是一个距离太阳恰到好处的地方,地球可以在其表面拥有液态水,并拥有适宜生命进化的温度。如果木星没有以其现在的方式形成,生命很可能不会在地球上点燃——而我们今天就不会在这里了。

好奇的孩子 是一个面向所有年龄段儿童的系列。如果您有想让专家回答的问题,请将其发送至 CuriousKidsUS@theconversation.com

 

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