太陽(yáng)系的行星工廠

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翻譯：葛文迪

校對(duì)：牧夫校對(duì)組

編排：胡暖暖

后臺(tái)：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-05-ligovirgokagra-precision-gravitational-astronomy.html

在木星軌道正外側(cè)，形成了一個(gè)高壓氣體環(huán)形區(qū)域。在這個(gè)"塵埃陷阱"中，數(shù)百萬(wàn)年間形成了不同成分的星子。

圖片來(lái)源：MPS / hormesdesign.de

研究人員長(zhǎng)期以來(lái)一直懷疑，這一過程是混亂且不均勻的，而非有序的。太陽(yáng)系早期不同區(qū)域可能在不同條件下演化，不同發(fā)展階段的星子可能同時(shí)形成。

如今，德國(guó)馬克斯·普朗克太陽(yáng)系研究所（MPS）的科學(xué)家表示，他們已在木星軌道正外側(cè)識(shí)別出一個(gè)特別重要的區(qū)域。根據(jù)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的一項(xiàng)新研究，這個(gè)環(huán)形區(qū)域是星子高效且高度多樣化的誕生地。

他們的計(jì)算機(jī)模擬表明，在大約兩百萬(wàn)年的時(shí)間里，該區(qū)域產(chǎn)生了成分截然不同的星子。

不同的碳質(zhì)球粒隕石群（此處為CO、CV、CM、TL、CI和CR）可以追溯到大約兩百萬(wàn)年間形成的不同世代的星子。它們?cè)诩?xì)粒物質(zhì)（此處以藍(lán)色顯示）和包體（此處以棕色顯示）的比例上有所不同。

圖片來(lái)源：MPS / hormesdesign.de

"不同類型的星子顯然在塵埃氣體盤的同一區(qū)域形成，只是時(shí)間不同。木星軌道正外側(cè)的區(qū)域?yàn)榇颂峁┝私^佳條件，"行星形成莉澤·邁特納研究組負(fù)責(zé)人喬安娜·德拉茲科夫斯卡表示。

木星軌道形成了一個(gè)強(qiáng)大的塵埃陷阱

該研究聚焦于太陽(yáng)系誕生后約兩百萬(wàn)年至四百萬(wàn)年的時(shí)期。到那時(shí)，木星已經(jīng)清掃了其軌道附近的大部分物質(zhì)，在周圍的氣體和塵埃盤中留下了一個(gè)空隙。

科學(xué)家認(rèn)為，這一過程還在木星軌道正外側(cè)形成了一個(gè)氣體壓力增強(qiáng)的環(huán)。漂移穿過該盤的塵埃顆粒被困在那里，導(dǎo)致大量物質(zhì)堆積。這些密集的塵埃集合形成了稱為卵石的小型團(tuán)塊。

早期研究已經(jīng)表明，在這些"塵埃陷阱"內(nèi)部的卵石可以在太陽(yáng)系早期迅速成長(zhǎng)為星子。然而，研究人員尚不清楚同一區(qū)域是否能夠在漫長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生成分截然不同的天體。

碳質(zhì)球粒隕石的外觀可能大不相同。有些，如這里展示的阿連德隕石，含有高比例清晰可辨的包體。

圖片來(lái)源：MPS / T. Klawunn

新研究表明這是可能的

利用先進(jìn)的模擬，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)塵埃陷阱中，數(shù)百萬(wàn)年間可能形成了幾個(gè)截然不同的星子種群。結(jié)果也與地球上發(fā)現(xiàn)的特定隕石群的特征高度吻合。

"我們首次成功地利用早期太陽(yáng)系的計(jì)算機(jī)模擬準(zhǔn)確再現(xiàn)了隕石實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)果。隕石可以說(shuō)是行星形成理論的試金石，"MPS 所長(zhǎng)兼宇宙化學(xué)家托爾斯滕·克萊因表示。

古老隕石揭示行星形成的線索

隕石是從太空飛來(lái)并在大氣層中幸存下來(lái)的巖石碎片。大多數(shù)被認(rèn)為是古代星子的碎片，自太陽(yáng)系最早時(shí)期以來(lái)基本保持不變。

研究人員專注于碳質(zhì)球粒隕石，一種富含碳的石質(zhì)隕石。先前的實(shí)驗(yàn)室研究表明，這些隕石在模擬研究所考察的同一時(shí)期于木星外側(cè)形成。

科學(xué)家根據(jù)年齡和成分將碳質(zhì)球粒隕石分為六組。有些很脆弱，主要由容易碎裂的細(xì)粒物質(zhì)組成。另一些更堅(jiān)固，含有嵌入在較細(xì)物質(zhì)中的可見包體。

在模擬中，這些材料對(duì)應(yīng)于年輕太陽(yáng)系中存在的兩種不同物質(zhì)。一種由易碎的塵埃物質(zhì)組成，另一種由在早期較熱區(qū)域形成并隨后擴(kuò)散到整個(gè)盤中的更穩(wěn)定團(tuán)塊構(gòu)成。

"對(duì)于我們的模擬來(lái)說(shuō)，在小尺度和大尺度上模擬兩種物質(zhì)的行為和相互作用至關(guān)重要，"MPS 博士生、論文第一作者內(nèi)雷亞·古魯查加表示。

另一些，如伊武納隕石，幾乎完全由細(xì)粒、易碎的物質(zhì)組成。這里展示的膠囊僅約一厘米長(zhǎng)，含有少量這種非常罕見的隕石顆粒。

圖片來(lái)源：MPS / T. Klawunn

模擬揭示多代太空巖石

模型追蹤了單個(gè)顆粒的碰撞以及物質(zhì)穿過巨大氣體盤的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。顆粒可以粘在一起、碎裂、向內(nèi)漂向太陽(yáng)，或在密集區(qū)域聚集。

模擬顯示，木星對(duì)較大、較堅(jiān)固的顆粒的阻礙作用強(qiáng)于對(duì)微小塵埃顆粒。與此同時(shí)，新星子的形成逐漸消耗了部分可用物質(zhì)。

隨著時(shí)間的推移，這些效應(yīng)導(dǎo)致不同混合的物質(zhì)聚集在木星軌道外側(cè)的區(qū)域。隨著平衡發(fā)生變化，明顯不同的星子世代開始出現(xiàn)。

在最初的50萬(wàn)年間，易碎物質(zhì)的數(shù)量最初下降，隨后在接下來(lái)的100萬(wàn)年間再次增加。最終，出現(xiàn)了兩個(gè)截然不同的星子種群。一組主要由脆弱物質(zhì)組成，另一組則由更穩(wěn)定的物質(zhì)主導(dǎo)。

研究人員認(rèn)為，甚至更早的隕石類型，超越碳質(zhì)球粒隕石之外，也可能在同一個(gè)塵埃陷阱中形成。

"有強(qiáng)有力的證據(jù)表明，塵埃陷阱是我們太陽(yáng)系中星子的首選誕生地，"喬安娜·德拉茲科夫斯卡表示。

責(zé)任編輯：郭皓存

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