地球的“守護(hù)神”，如果沒有它，地球可能根本不會(huì)出現(xiàn)

在太陽(yáng)系八大行星之中，木星是當(dāng)之無(wú)愧的“老大”，它這一顆行星的質(zhì)量，就大約是其他七顆行星的總質(zhì)量的2.5倍之多，對(duì)于地球來(lái)講，木星強(qiáng)大的引力場(chǎng)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(fēng)險(xiǎn)，也正因?yàn)槿绱耍拘且脖蛔u(yù)為地球的“守護(hù)神”。

引人注目的是，一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的研究表明，木星對(duì)地球的意義，可能比我們想象中的更加重要，因?yàn)樵谔?yáng)系誕生之初，如果沒有它，地球可能根本不會(huì)出現(xiàn)。下面我們就來(lái)具體了解一下這到底是怎么回事。

根據(jù)科學(xué)界的主流觀點(diǎn)，太陽(yáng)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(guò)程中，太陽(yáng)首先在星云中心形成，余下的物質(zhì)則形成了一個(gè)圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu)，這被稱為“原行星盤”，在接下來(lái)的時(shí)間里，其中的物質(zhì)通過(guò)相互吸積，逐漸形成了現(xiàn)在我們看到的各大行星。

其形成過(guò)程可以簡(jiǎn)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(tuán)塊，接下來(lái)，這些團(tuán)塊會(huì)不斷地相互合并，逐漸形成越來(lái)越大的團(tuán)塊，當(dāng)其質(zhì)量大到一定程度時(shí)，就可以通過(guò)引力大量吸積周圍的物質(zhì)，并最終成長(zhǎng)為行星。

但問題是，從理論上來(lái)講，在原行星盤的早期階段，氣體的密度很高，當(dāng)固體顆粒在盤中運(yùn)行時(shí)，它們的速度往往高于周圍氣體的速度（因?yàn)闅怏w受到壓力梯度的支撐，運(yùn)行速度會(huì)略低于開普勒速度），從而導(dǎo)致固體顆粒會(huì)受到來(lái)自氣體的強(qiáng)大阻力。

在這樣的情況下，固體物質(zhì)的角動(dòng)量就會(huì)不斷消耗，而角動(dòng)量是維持軌道穩(wěn)定的關(guān)鍵，一旦角動(dòng)量損失，物質(zhì)的軌道就會(huì)不可避免地衰減，從而形成一個(gè)被稱為“內(nèi)遷”的過(guò)程。

根據(jù)計(jì)算，這種“內(nèi)遷”的速度極快，對(duì)于米級(jí)大小的物質(zhì)團(tuán)塊來(lái)講，它們可能在短短幾千年的時(shí)間里就會(huì)從地球軌道的位置螺旋墜入太陽(yáng)。

也就是說(shuō)，如果這種“內(nèi)遷”的過(guò)程沒有被阻止，那在地球軌道附近，就應(yīng)該不可能形成行星（因?yàn)闀r(shí)間不夠），但很明顯，這樣的事情并沒有發(fā)生，那么，到底是什么阻止了這個(gè)過(guò)程呢？是的，它就是木星。

科學(xué)家表示，木星最初形成于太陽(yáng)系“凍結(jié)線”（frost line）的外側(cè)邊緣，在那里存在著大量的由揮發(fā)性物質(zhì)（如水、氨、甲烷等）凝結(jié)而成的固體冰晶，給木星的成長(zhǎng)提供了異常充足的“原材料”。

在這種情況下，木星就迅速成長(zhǎng)為一個(gè)質(zhì)量高達(dá)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?yàn)闅浜秃な恰霸行潜P”中最主要的物質(zhì)（占其總質(zhì)量的大約98%），所以在此之后，木星就一發(fā)不可收拾，在短短的幾百萬(wàn)年時(shí)間里，就成長(zhǎng)為我們今天所見的這顆巨大的氣態(tài)巨行星。

在研究過(guò)程中，科學(xué)家利用計(jì)算機(jī)模型重現(xiàn)了太陽(yáng)系早期的動(dòng)態(tài)演化，結(jié)果表明，在木星形成之前，原行星盤里的物質(zhì)可以毫無(wú)阻礙地流向內(nèi)側(cè)，這正是上述“內(nèi)遷”過(guò)程的關(guān)鍵動(dòng)力，而在木星形成之后，情況就不一樣了。

因?yàn)槟拘菑?qiáng)大的引力，在原行星盤中“開辟”出了一道巨大的環(huán)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(zhì)向內(nèi)流動(dòng)的路徑。

對(duì)于正在其內(nèi)側(cè)形成的類地行星（包括地球在內(nèi)）而言，沒有來(lái)自外側(cè)持續(xù)不斷的氣體供給，那股推動(dòng)它們“內(nèi)遷”的動(dòng)力基本上就消失了，如此一來(lái)，它們就能夠在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中，以適當(dāng)?shù)拇笮⌒纬桑⑦\(yùn)行在現(xiàn)有的軌道上。

不得不說(shuō)，如果該理論成立，那作為地球的“守護(hù)神”，木星對(duì)地球而言就確實(shí)太重要了，如果沒有它，地球可能根本不會(huì)出現(xiàn)。不過(guò)正如我們所知，科學(xué)講究的是證據(jù)，那這個(gè)理論有沒有證據(jù)支持呢？對(duì)此，科學(xué)家認(rèn)為，證據(jù)應(yīng)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(yáng)系早期的“時(shí)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(yáng)系最早的固體物質(zhì)晚了兩三百萬(wàn)年。

另一方面，已知的隕石可分為碳質(zhì)和非碳質(zhì)兩大類別，前者被認(rèn)為代表內(nèi)太陽(yáng)系物質(zhì)，后者被認(rèn)為代表外太陽(yáng)系物質(zhì)，它們的同位素特征截然不同，仿佛來(lái)自兩個(gè)互不往來(lái)的世界。

科學(xué)家認(rèn)為，這兩種現(xiàn)象都可以為上述理論提供支持，原因簡(jiǎn)單來(lái)講就是，當(dāng)木星在原行星盤中“開辟”出那道“溝壑”時(shí)，其外緣會(huì)形成一個(gè)高壓區(qū)域，這會(huì)讓那些原本應(yīng)該向內(nèi)流動(dòng)的物質(zhì)被困在那里，于是它們就在該區(qū)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(nèi)太陽(yáng)系和外太陽(yáng)系的“物質(zhì)庫(kù)”，這使得兩者的物質(zhì)無(wú)法充分混合，各自獨(dú)立演化，最終形成了截然不同的同位素特征。

當(dāng)然了，這只是根據(jù)目前所知情況給出的合理推測(cè)，就目前的情況來(lái)看，相關(guān)的研究仍在進(jìn)行之中，期待在未來(lái)的日子里，科學(xué)家能有更多的發(fā)現(xiàn)。

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