地球的“守護神”，如果沒有它，地球可能根本不會出現

在太陽系八大行星之中，木星是當之無愧的“老大”，它這一顆行星的質量，就大約是其他七顆行星的總質量的2.5倍之多，對于地球來講，木星強大的引力場就像一道天然的屏障一樣，能夠在很大程度上降低自身遭到小天體撞擊的風險，也正因為如此，木星也被譽為地球的“守護神”。

引人注目的是，一項發表在《科學進展》上的研究表明，木星對地球的意義，可能比我們想象中的更加重要，因為在太陽系誕生之初，如果沒有它，地球可能根本不會出現。下面我們就來具體了解一下這到底是怎么回事。

根據科學界的主流觀點，太陽系形成于一片巨大的原始星云在大約46億年前的引力坍縮，在此過程中，太陽首先在星云中心形成，余下的物質則形成了一個圍繞著太陽旋轉的盤狀結構，這被稱為“原行星盤”，在接下來的時間里，其中的物質通過相互吸積，逐漸形成了現在我們看到的各大行星。

其形成過程可以簡單描述為：最初的微小固體顆粒在相互碰撞和靜電作用下逐漸黏合，先匯聚成較小的團塊，接下來，這些團塊會不斷地相互合并，逐漸形成越來越大的團塊，當其質量大到一定程度時，就可以通過引力大量吸積周圍的物質，并最終成長為行星。

但問題是，從理論上來講，在原行星盤的早期階段，氣體的密度很高，當固體顆粒在盤中運行時，它們的速度往往高于周圍氣體的速度（因為氣體受到壓力梯度的支撐，運行速度會略低于開普勒速度），從而導致固體顆粒會受到來自氣體的強大阻力。

在這樣的情況下，固體物質的角動量就會不斷消耗，而角動量是維持軌道穩定的關鍵，一旦角動量損失，物質的軌道就會不可避免地衰減，從而形成一個被稱為“內遷”的過程。

根據計算，這種“內遷”的速度極快，對于米級大小的物質團塊來講，它們可能在短短幾千年的時間里就會從地球軌道的位置螺旋墜入太陽。

也就是說，如果這種“內遷”的過程沒有被阻止，那在地球軌道附近，就應該不可能形成行星（因為時間不夠），但很明顯，這樣的事情并沒有發生，那么，到底是什么阻止了這個過程呢？是的，它就是木星。

科學家表示，木星最初形成于太陽系“凍結線”（frost line）的外側邊緣，在那里存在著大量的由揮發性物質（如水、氨、甲烷等）凝結而成的固體冰晶，給木星的成長提供了異常充足的“原材料”。

在這種情況下，木星就迅速成長為一個質量高達地球10到15倍的龐然大物，并因此具備了足以吸積氫氣和氦氣的引力，因為氫和氦是“原行星盤”中最主要的物質（占其總質量的大約98%），所以在此之后，木星就一發不可收拾，在短短的幾百萬年時間里，就成長為我們今天所見的這顆巨大的氣態巨行星。

在研究過程中，科學家利用計算機模型重現了太陽系早期的動態演化，結果表明，在木星形成之前，原行星盤里的物質可以毫無阻礙地流向內側，這正是上述“內遷”過程的關鍵動力，而在木星形成之后，情況就不一樣了。

因為木星強大的引力，在原行星盤中“開辟”出了一道巨大的環狀“溝壑”，這就像在其中修建了一座“引力大壩”，切斷了原行星盤里的物質向內流動的路徑。

對于正在其內側形成的類地行星（包括地球在內）而言，沒有來自外側持續不斷的氣體供給，那股推動它們“內遷”的動力基本上就消失了，如此一來，它們就能夠在一個相對穩定的環境中，以適當的大小形成，并運行在現有的軌道上。

不得不說，如果該理論成立，那作為地球的“守護神”，木星對地球而言就確實太重要了，如果沒有它，地球可能根本不會出現。不過正如我們所知，科學講究的是證據，那這個理論有沒有證據支持呢？對此，科學家認為，證據應該就存在于隕石之中。

在已知的隕石中，有一類被稱為球粒隕石，它們極為古老，被視作太陽系早期的“時間膠囊”，研究表明，在這些球粒隕石之中，有一部分形成得非常“晚”，比太陽系最早的固體物質晚了兩三百萬年。

另一方面，已知的隕石可分為碳質和非碳質兩大類別，前者被認為代表內太陽系物質，后者被認為代表外太陽系物質，它們的同位素特征截然不同，仿佛來自兩個互不往來的世界。

科學家認為，這兩種現象都可以為上述理論提供支持，原因簡單來講就是，當木星在原行星盤中“開辟”出那道“溝壑”時，其外緣會形成一個高壓區域，這會讓那些原本應該向內流動的物質被困在那里，于是它們就在該區域緩慢地碰撞、融合，最終形成了那些“遲到”的球粒隕石的母體。

而這道“溝壑”也在空間中隔離了內太陽系和外太陽系的“物質庫”，這使得兩者的物質無法充分混合，各自獨立演化，最終形成了截然不同的同位素特征。

當然了，這只是根據目前所知情況給出的合理推測，就目前的情況來看，相關的研究仍在進行之中，期待在未來的日子里，科學家能有更多的發現。

參考資料：The late formation of chondrites as a consequence of Jupiter-induced gaps and rings，Science Advances， Vol 11, Issue 43， DOI: 10.1126/sciadv.ady4823