太阳系中的小行星带有可能形成一个新的行星吗?

如题所述

第1个回答  2022-07-13
目前的太阳系在数十亿年的演化中,已经趋向于十分稳定结构,各大行星、卫星、矮行星、小行星都在规律的绕着自己的引力源运动。在太阳系内部有四颗岩石行星,其中就包括我们地球,外部有四颗气态巨行星,以及柯伊伯带和奥尔特云。最后这两个小行星、气体和尘埃地带所在的区域属于太阳系最外围的空间,也是太阳系形成所剩下的“边角料”。

其中包含着太阳系早期物质成分和形成过程的大量信息,但由于距离我们十分遥远,而且其中的小行星也很少能够进入内太阳系,且进入内太阳系的小行星一般绕太阳运行的周期都在数万年的时间,所以我们无法对其进行研究。

但值得庆幸的是,除了在太阳系外围存在原始的小行星以外,在火星和木星之间,也就是内太阳系和外太阳的分界线之间也存在着大量的、密集的冰冻天体,称为小行星带。分布范围在2.17-3.64天文单位之间,据估计其中包含了大约50万颗小行星,目前已将被发现且编号的小行星高达120437颗,不过小行星带中天体的总数只是一个粗略的估计,并没有一个准数,因为小行星带中的天体最大的是矮行星谷神星,直径在950公里,还包含了智神星、妊神星和灶神星这样直径在400公里左右的天体,那么最小的天体可以小到像一块石头、也可以小到是一颗尘埃。

在我们的印象中,小行星带是物质非常稠密的区域,这时因为我们看了太多关于太阳系的模拟照片,其实真实的小行星带相对于广阔的宇宙空间来说,物质分布的相当稀薄,因为人类之间发射的一些深空探测器,都已毫发无损的穿过了小行星带。那么接下来的问题是,内太阳包括外太阳在内的各个轨道上都形成了行星,为何小行星带还是一片混乱、原始的状态?为什么没在引力的作用下凝聚成天体呢?
这要从太阳系的形成说起
太阳系诞生于一团近椭球形的气体云,球状奥尔特云就是最直接的证据,现今的宇宙形成恒星的气体云团在宇宙的星系中大量存在,目前我们的银河旋臂上也正在经历形成恒星的过程。这个过程是这样的:

三维椭球状气体云通过引力的作用,首先会在一个维度上塌缩成扁平状的原行星盘,而在原行星盘中那些密度稍微大的区域会开始成长并持续不断的吸积物质,由于引力是一种失控的力,换句话说,物质越多引力就越大,吸积物质的速度就越快,因此在原行星盘中就诞生了一些密度更大的物质结构的种子。

此时的原行星盘十分混乱,物质会向引力更大的区域快速聚集,而那么物质密度较小的区域,物质会越来越少,说白了这就是一个大引力区域不断掠夺物质的过程。而无疑太阳是所有物质结构中最成功的例子,它率先掠夺了更多的物质并点燃了核聚变,在此之后太阳就对太阳系行星盘中的所有物质结构占据了绝对的主导作用,因此行星盘就以太阳为中心开始了长达数亿年的行星结构形成过程。

而在行星形成的过程中,重元素会在太阳的引力下沉降到太阳附近,于此同时太阳风也会将那些更轻的元素吹到太阳系外围,因此在太阳系内部就形成岩石行星,而外围都是一些密度较小的气态行星,并且在木星和火星之间广阔的空间区域内,保留了太阳最原始的物质成分,形成我们现在看到的小行星带。
为什么小行星带区域的物质没有凝聚成一颗行星呢?
关于小行星带的起源问题,目前并没有特别肯定的说法,但是有主流的观点,还有一些不怎么被认可的观点。有人认为,在火星和木星之间确实在早期的太阳系中形成了一颗行星,但是后来发生星爆,导致行星被炸毁,行星碎片在漫长了碰撞和摩擦作用下形成现在的小行星带,不过这个观点无法解释的是星爆发生的原因。

比较主流的观点认为,小行星带所处的位置正好在木星和太阳这两巨大引力源之间,但更靠近木星,而木星巨大的引力扰动导致了这些物质无法凝聚成一颗行星,因为在小行星带里面的物质,已经和木星的轨道周期发生了共振,很大一部分受到了木星引力作用,因此无法通过自身的引力凝聚成一颗行星,就一直保持了原始的模样,跟随木星的轨道绕太阳运行。
那么未来有可能形成新的行星吗?
本文开头已经说了,目前的太阳系已经处在了非常稳定的阶段,各方引力作用都互相平衡,只有当一颗天体突然创出太阳系,打破现在的平衡状态太阳系的结构才会发生改变。

虽说小行星带不会在形成任何行星,但小行星带里的物质数量却一直在发生着改变,早期小行星带里的物质总量应该跟地球的总质量差不多,但是经过漫长的时间尺度,在木星引力的摄动下,是不是就有一颗小行星被紧绷的引力弹射出去,称为内太阳系中的一颗彗星,其实在宇宙中对地球最具威胁力的小行星正是来自小行星带。

所以我们对小行星带的观测和研究不仅可以让我们了解太阳系的过去,甚至了解地球上生命的起源过程,更能让我们掌握这些小行星未来对地球的威胁。

太阳系中的小行星带有可能形成一个新的行星吗?

在太阳系的木星和火星轨道之间有一条小行星带,据科学家们估算,这里的小行星数量至少在50万颗以上,而被我们所定位和编号的小行星数量已经达到了20万颗。这些小行星和太阳系的其它行星一样,共同围绕着太阳进行周期性的公转。其中一些小行星之间不可避免地发生着相互碰撞,有一部分脱离了原先的运行轨道,向着太阳系内侧漂移过来,其中有一些在漂移过程中接近近地轨道,成为具有一定威胁的地外天体,因此小行星带目前已经成为科学家们重点研究的对象,对其运行规律、引力扰动和偏离轨迹均进行着深入的研究,以使提前开展相关监测,及时针对它们对地球的威胁性开展评估。那么,这些小行星带中的星体,今后能否在相互碰撞过程中进一步聚合成为一个新的行星呢?这还得从太阳系中行星的演化说起。
太阳系行星的形成
在太阳系还没有形成,即太阳还未诞生之前,这片广袤的区域分布着大量由星际气体和尘埃所组成的星云物质,关于这些星云物质的形成,科学家们推测,有极大的可能是之前一颗超新星爆发所喷发出来的大量星际物质构成。在50亿年前,这块区域受到巨大的引力波动影响,星际气体和尘埃之间开始激烈着进行相互碰撞,使得某些区域的星际物质浓度日益增大,逐渐形成了许多质量相对较大的核心区,而太阳所在的位置,这个核心区面积最大,由碰撞所聚合的星际气体和尘埃物质越来越多,温度也因碰撞不断提升,周围的星际物质在角动量守恒的作用下,开始围绕着这个核心高速旋转,这个核心于是演化成了太阳的“胚胎”。当太阳“胚胎”核心区的温度上升到700-1000万摄氏度时,激发其中最轻物质-氢原子的核聚变反应,质量在聚变过程中发生了亏损,从而释放出大量的能量,形成了真正意义上的恒星。

值得一提的是,在太阳形成的同时,在其它区域聚合形成的若干核心,也在不断地在引力作用下吸引着周围气体和星际物质的加入。只是太阳核心的引力太大,以至于整个太阳系的绝大部分物质都站到了它的那一边,一些距离太阳较近的核心物质,也被引力吸入太阳的怀抱,只有那些距离太阳较远、核心质量也相对较大的核心区被保留了下来,相互之间互相发生碰撞和聚合,逐渐演化为固态的行星内核,在此基础上再吸收被太阳风吹开的物质,聚合形成行星的状态。

而之所以有固态行星和气态行星的差别,主要原因在于后期在引力作用下所吸收物质的形态所决定。在太阳风的吹拂下,那些气体物质以及质量较轻的星际尘埃团被吹到距离太阳较远的轨道上,从而被那里的若干固态行星内核所吸附,最终演化为气态行星。而距离较近的固态行星内核,由于周围的气体物质和轻质量星际尘埃团较少,只能吸附那些质量较大、呈现一定聚合状的大质量固态星际物质,在激烈的碰撞下逐渐演化为固态行星。
太阳系小行星的由来
太阳系内的小行星带,介于木星和火星轨道之间,其体积与太阳系的行星相比,简直小得不能再小了,最大的直径也才1000多公里,最小的仅有石子大小。虽然从太阳系的直观图上看到这里的小行星密密麻麻,主要原因在于它们的数量实在是太多了,而实际上它们之间的距离是非常遥远的,即使航天器才中间穿过,想撞上它们,几率也是比较小的。而关于这些小行星的由来,科学界还没有统一的结论,主要的观点可以归纳为以下几种:

关于第三个类似科幻小说的假说,基本上可以排除,因为从小行星碎片中目前并未检测到任何核爆炸的遗留物质。而第一种行星爆炸假说,我觉得也站不住脚,因为既然这个区域受到木星巨大引力而没有形成大质量行星的条件,为何还会聚合在一起呢。因此,我倾向于第二种假说,即这些行星物质是在太阳系行星的形成过程中,与其它行星一起演化,只不过在受到各种因素的影响下没有最终聚合在一起而已。
现在这些小行星能聚合形成大质量行星吗?
通过以上关于太阳系内行星的形成,以及小行星带形成的推测,我们不难看出一个大质量行星要形成,必须具备如下的基本条件:

从以上条件可以看出,目前小行星带的现有状态,不能支撑其形成大质量的行星。主要理由有:第一,小行星带内虽然拥有巨大的固态小星体,但是总体密度不大,相互之间的距离很远;第二,受到太阳引力和木星引力的影响,只能在引力波动的情况下发生碰撞,形成不了可以聚合更多物质的内核;第三,周围星际物质贮备不足,即使内核形成以后也吸收不了更多的物质进行聚合,从而达不到可以清除轨道内其它小型星体的能力;第四,如果形成大质量行星,由于木星的巨大引力,很容易被撕裂,从而分崩离析。
总结一下
木星和火星之间的小行星带,其形成机制我想主要取决于它的 历史 性和所受引力的制约性,在各方面因素的影响之下,它已经失去了能够形成大质量行星的最佳时机。从目前情况来看,在太阳引力和木星引力的干扰之下,这些小行星通常都是沿着固定轨道运行,偶尔在引力波动的影响下发生碰撞,不可能再重演太阳系行星演化的 历史 ,即不可能再聚合形成新的一个行星内核,“机不可失,时不再来”!

不可能!
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