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翻譯：黃詩(shī)欣

校對(duì)：王千源

美工：邱和琴

后臺(tái)：朱宸宇

https://www.livescience.com/space/planets/2-giant-super-earths-once-orbited-near-uranus-and-neptune-messed-up-a-bunch-of-moons-then-vanished-new-study-hints

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新研究表明，太陽(yáng)系誕生后的一億年里，足足有六顆巨型行星圍著它轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，早期外太陽(yáng)系的天體分布遠(yuǎn)比我們之前設(shè)想的更為密集。

如今太陽(yáng)系僅擁有四顆巨行星，

而其誕生初期會(huì)比現(xiàn)在多出一到兩顆。

圖源：Silicon Worlds

新研究指出，太陽(yáng)系八大行星及其數(shù)百顆衛(wèi)星的軌道特征仍有諸多疑點(diǎn)難以解釋。

研究團(tuán)隊(duì)模擬推演了早期太陽(yáng)系的演化過(guò)程，共計(jì)完成百余組模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，外太陽(yáng)系中曾存在另外兩顆巨行星。它們一度在星際間四處運(yùn)行，改變了其他行星的軌道，但最終被甩出太陽(yáng)系，進(jìn)入星際空間。

幼年時(shí)期的太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定。曾經(jīng)有一段名為“巨行星不穩(wěn)定期”（giant planet instability）的重組過(guò)程給太陽(yáng)系來(lái)了個(gè)大洗牌，讓木星、土星、天王星和海王星偏離了原始軌道，逐漸移動(dòng)到離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的位置。

這套行星遷移理論便是著名的“尼斯模型”，由法國(guó)尼斯的多名天文學(xué)家于2005年首次提出。這種行星遷徙現(xiàn)象大概率是由巨行星與星子（行星形成后殘留的原始天體碎片）的引力相互作用觸發(fā)。2011年，學(xué)界又對(duì)該模型做出補(bǔ)充，提出太陽(yáng)系曾存在第五顆巨行星，該天體最終因鄰近行星的引力作用離開(kāi)了太陽(yáng)系。

不過(guò)，天文學(xué)家對(duì)這顆消失的行星知之甚少。本研究第一作者、約翰斯?霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的科研人員馬修?克萊門特（Matthew Clement）在接受采訪時(shí)表示，為進(jìn)一步探尋真相，本次研究“系統(tǒng)分析了巨行星近距離交會(huì)對(duì)其衛(wèi)星軌道穩(wěn)定性的影響”。

重現(xiàn)宇宙演化歷程

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研究人員借助計(jì)算機(jī)模型模擬早期外太陽(yáng)系的狀態(tài)，每組模型都追蹤了2000萬(wàn)年間各大巨行星與上千顆星子的運(yùn)行軌跡。最終，他們從一個(gè)包含十萬(wàn)組模擬數(shù)據(jù)的資料庫(kù)中篩選出122組結(jié)果，它們最終形成的天體布局與如今太陽(yáng)系巨行星的分布大體相近。其中約五分之二的模擬設(shè)定初始狀態(tài)為五顆巨行星，其余則設(shè)定為六顆?？巳R門特指出，隨后團(tuán)隊(duì)在保留所有巨行星衛(wèi)星的前提下，重新推演了天體交會(huì)的全過(guò)程。

木星及其最大的四顆衛(wèi)星。從上至下依次為：

木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四。

圖源：美國(guó)航天局 / 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室等

模擬結(jié)果顯示，這一顆或兩顆未知巨行星在各大天體之間不斷穿梭碰撞，最終被徹底拋出太陽(yáng)系。該研究還得出了一個(gè)出乎意料的結(jié)論：在設(shè)定存在兩顆額外冰巨行星的模擬場(chǎng)景中，木星的衛(wèi)星軌跡大多能保持穩(wěn)定；而僅存在一顆額外巨行星時(shí)，天王星的衛(wèi)星體系更為穩(wěn)固。也就是說(shuō)，木星和天王星的衛(wèi)星群，似乎是在兩次不同的天體動(dòng)蕩中得以留存。

科學(xué)家介紹，木星的三顆大型衛(wèi)星木衛(wèi)一、木衛(wèi)二與木衛(wèi)三，如今維持著1:2:4的運(yùn)轉(zhuǎn)周期比例：木衛(wèi)一繞木星公轉(zhuǎn)四周時(shí)，木衛(wèi)二公轉(zhuǎn)兩周，木衛(wèi)三恰好公轉(zhuǎn)一周。研究人員認(rèn)為，這般精妙平衡的運(yùn)行狀態(tài)，說(shuō)明木星衛(wèi)星自形成后基本未受擾動(dòng)，這也側(cè)面印證了太陽(yáng)系早期曾存在兩顆額外冰巨行星的觀點(diǎn)。

行星間的引力拉鋸戰(zhàn)

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研究推測(cè)，這些額外的行星在氣態(tài)巨行星與天王星之間來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)，打破了天王星衛(wèi)星群的運(yùn)行平衡，引發(fā)衛(wèi)星相互碰撞。撞擊導(dǎo)致部分衛(wèi)星碎裂，冰等易揮發(fā)物質(zhì)隨之汽化，之后又重新凝結(jié)堆積在星體殘骸之上。這一現(xiàn)象或許能解釋，為何天衛(wèi)五冰層占比要比天王星的其他衛(wèi)星高出五成。

不過(guò)這并非唯一可能性。有兩組模擬場(chǎng)景演化出了和現(xiàn)代太陽(yáng)系相似的格局，且當(dāng)中僅出現(xiàn)一顆未知冰巨行星。這兩次模擬中，木星與天王星的衛(wèi)星都得以安然度過(guò)同一次行星大洗牌。因此研究人員表示，還需要開(kāi)展更多模擬實(shí)驗(yàn)，才能確定太陽(yáng)系早期究竟多出一顆還是兩顆冰巨行星。

目前，人們僅能推斷出這些未知行星的質(zhì)量，其余信息都無(wú)從考證。在五顆巨行星的模擬場(chǎng)景中，那顆未知行星的質(zhì)量與海王星相近；而在六顆巨行星的模擬中，那兩顆行星的質(zhì)量介于地球與海王星之間，屬于 “超級(jí)地球”。

亞利桑那州圖森市行星科學(xué)研究所資深科學(xué)家、論文合著者內(nèi)森?凱布（Nathan Kaib）表示：“既然這些未知行星的質(zhì)量和天王星、海王星相差不大，它們的物理特征大概率也與這兩顆行星相似。”

克萊門特稱，研究團(tuán)隊(duì)暫無(wú)計(jì)劃專門搜尋這些遠(yuǎn)走高飛的行星，但會(huì)持續(xù)研究天王星的衛(wèi)星，尋找星體曾遭受干擾的痕跡，同時(shí)探究衛(wèi)星軌道發(fā)生變動(dòng)后會(huì)引發(fā)什么樣的變化。

責(zé)任編輯：DAIKIN

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圖片來(lái)源：NASA

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