研究称天王星和海王星历史上曾换位(图)
2007-12-13 9:48:28  科学时报

最新研究表明，海王星历史上曾比天王星更接近太阳。（图片提供：Physorg.com）

　　本报讯 冥王星被开出九大行星似乎并没有改变太阳系的“命途多舛”。美国科学家的一项最新研究表明，太阳系历史上的行星排序并非现在的样子。在40亿年前的太阳系演化早期，天王星和海王星的轨道位置顺序很可能是反过来的。相关论文发表在12月10日最新一期的《天体物理学杂志》上。

　　进行该项研究的是美国亚利桑那州立大学的Steve Desch，他得出这一结论的依据是太阳星云(凝聚成太阳和行星的灰尘和气体云盘)的表面密度。

　　太阳星云原行星盘的表面密度是天文学家研究行星及其物质生长速度的基本量。由于目前直接观测遥远的原行星盘非常困难，近30年来，天文学家一直用估测的表面密度，也就是所谓的“下限质量太阳星云”。它的原理十分简单，就是将太阳系每颗行星的岩石成分加上符合太阳组成的氢和氦所得到的总质量，分散到各个行星的轨道区域上去。这种方法能够较好地预测原行星盘的质量，但得到的表面密度会比实际低，并且这些物质质量形成行星的速度也会比实际上慢。

　　Desch表示，现行的模型并不太完美。比如，根据各个行星的组成和大小，现行模型认为木星应该需要数百万年的时间才能形成，天王星和海王星则需要好几十亿年，而实际上太阳系还没有那么古老。

　　正因如此，Desch在研究中利用了所谓的Nice模型，它基于长期以来人们对历史上行星轨道的数值计算。该模型通过假定巨行星的形成位置比当前的情况更加接近，从而较好地解释了木星、土星、天王星、海王星以及更远的库珀带的一些方面，比如，它认为海王星形成时的轨道半径只有现在的一半。

　　显然，Nice模型所描述的太阳系质量分布比“下限质量太阳星云”要更加紧凑。通过将总质量分布到Nice模型预测的行星原始轨道上，Desch发现，随着距离太阳的远度增加，除了在距太阳较远的某处密度会剧烈下降，太阳星云的表面密度平稳变化。尽管这一改变只有行星质量的百分之几，但只有天王星和海王星确实易位过才能发生。Desch说，“除非海王星在形成时比天王星距太阳更近，要不然无法得到完全平滑的变化曲线。”

　　新的发现具有重要意义。首先，太阳星云的表面密度比之前科学家认为的要高得多。这样的话，天王星和海王星就能够较快形成而且距离较近，只需要1000万年左右。此外，Desch认为，当时离太阳很远的区域物质密度之所以会降得很低，应该是由于太阳周边恒星的紫外线辐射造成的“光蒸发”，而这一点并没有引起天文学家的足够重视。

　　Desch表示：“新的研究提醒人们，太阳系是一个动态的地方。在它的最初6.5亿年里，海王星要比天王星更加接近太阳，这种与我们熟知的截然不同的情况占了目前整个太阳系历史的15%。”