早期太阳系的原行星盘中有一个明显的缺口是支配行星形成过程的一个标志

早期太阳系的原行星盘中有一个明显的缺口 是支配行星形成过程的一个标志

据cnBeta：大约45亿年前，年轻的太阳就像现在一样闪闪发光，尽管它比现在小一点。

它没有被行星所包围，而是被包裹在一个旋转的气体和尘埃盘中。

这个盘被称为原行星盘，它是行星最终形成的地方。

在早期太阳系的原行星盘中，在火星和木星现在所在的位置与现代小行星带所在的位置之间，有一个明显的缺口。

究竟是什么造成了这个缺口，这是一个谜，但天文学家认为这是支配行星形成的过程的一个标志。

一组科学家已经发表了一篇论文，概述了这一古老缺口的发现。

研究主要作者是Cauê Borlina，他是麻省理工学院（MIT）地球、大气和行星科学系（EAPS）的行星科学博士生。

这篇论文已发表在《科学进展》杂志上。

由于像阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）这样的设施，天文学家越来越善于观察类似于太阳系年轻版本的恒星系统，这些恒星系统仍有原行星盘，仍在形成行星。

它们往往有明显的空隙和环，是行星形成的证据。

但是这一切究竟是如何进行的，仍然是一个谜。

“在过去的十年中，观察结果表明，空洞、间隙和环在其他年轻恒星周围的盘中很常见，”研究报告的共同作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的行星科学教授 Benjamin Weiss说。

“这些是气体和尘埃转变为年轻恒星和行星的物理过程的重要但不为人知的特征。

”

而我们自己的太阳系原行星盘在大约45亿年前出现缺口的证据来自对陨石的研究。

太阳系的磁场对陨石的结构产生了影响。

古地磁塑造了原行星盘中被称为球粒的微小岩石。

球粒是熔化或部分熔化的圆石片，成为一种叫做球粒陨石的陨石的增生。

而球粒陨石是太阳系中最古老的一些岩石。

随着球粒的冷却，它们保留了当时的磁场记录。

这些磁场随着时间的推移，随着原行星盘的演变而变化。

根据当时磁场的性质，球粒中电子的方向是不同的。

总的来说，所有球粒陨石的球粒都讲述了一个故事。

在这项研究中，该小组分析了在南极洲发现的两块碳质陨石的球粒。

他们使用了一种叫做超导量子干涉装置(SQUID)的设备。

SQUID是一种用于地质样品的高灵敏度、高分辨率的磁强计。

研究小组使用SQUID来确定陨石中每个球粒的古代原始磁场。

这项研究也是基于一种叫做同位素二分法的现象。

有两个独立的陨石“家族”落到地球上，每个“家族”都有不同的同位素组成，科学家们得出结论，这两个“家族”一定是在早期太阳系的不同时间和地点形成的。

这两种类型被称为碳质（CC）和非碳质（NC）。

CC陨石可能含有来自外太阳系的物质，而NC陨石可能含有来自内太阳系的物质。

有些陨石同时含有两种同位素指纹，但这是非常罕见的。

该小组研究的两块陨石都是来自外太阳系的CC型陨石。

当他们对它们进行分析时，他们发现球粒显示出比他们之前分析的NC陨石更强的磁场。

这与天文学家认为在年轻太阳系中发生的情况相反。

随着一个年轻系统的演变，科学家们预计磁场会随着与太阳的距离衰减。

磁性强度可以用被称为微特斯拉的单位来测量，CC球粒显示的磁场约为100微特斯拉，而NC球粒显示的强度只有50微特斯拉。

作为比较，今天地球的磁场约为50微特斯拉。

磁场表明太阳系是如何吸纳物质的。

磁场越强大，它能吸纳的物质就越多。

在CC陨石的球粒中明显的强磁场表明，太阳系外部比内部区域吸纳更多的物质，这一点从行星的大小可以看出。

这篇论文的作者总结说，这是一个大缺口的证据，它以某种方式阻止了物质流入内太阳系。

"缺口在原行星系统中很常见，我们现在表明，我们在自己的太阳系中有一个缺口，"Borlina说。

"这给出了我们在陨石中看到的这种奇怪的二分法的答案，并提供了差距影响行星组成的证据。

"

这一切结合起来成为早期太阳系中一个巨大的、无法解释的缺口的有力证据。

木星是迄今为止质量最大的行星，所以它是一个很好的地方，可以开始了解这一切是如何在我们的太阳系中发生的。

随着木星的成长，其强大的引力可能起到了一定的作用。

它可能将气体和尘埃从太阳系内部扫向外围，在它和火星之间的演化盘中留下了一个缺口。

另一个可能的解释来自于圆盘本身。

早期的圆盘是由其自身强大的磁场形成的。

当这些磁场相互作用时，它们会产生强大的风，可以使物质移位并形成一个缺口。

木星的引力和原行星的磁场可能结合在一起，形成了这个缺口。

但是，是什么造成了这个缺口，这只是一个问题。

另一个问题是它发挥了什么作用？自从40多亿年前形成以来，它是如何帮助塑造万物的？根据这篇论文，缺口本身可能起到了不可逾越的屏障作用，使来自两侧的物质无法相互作用。

缝隙内部是陆地行星，缝隙外部是气态世界。

“穿越这个缺口是相当困难的，一颗行星需要大量的外部扭矩和动量，”主要作者Cauê Borlina在一份新闻稿中说。

“因此，这提供了证据，表明我们的行星的形成被限制在早期太阳系的特定区域。

”

引力弹弓不用遵守能量守恒定律？为什么绕着行星转一下可以加速？

核废料是人类长期面临的一大难题，它数量庞大，其危险性会持续数万年之久，而人们至今仍未真正找到妥善处置的办法。

既然如此，为什么不干脆用火箭把核废料送上太空，直接扔进太阳里烧掉呢？ 这个设想看似简单直接，但仔细分析就会发现问题重重。

首先，把核废料装上火箭本身就极其危险。

火箭在发射过程中偶尔会发生爆炸事故，一旦装载核废料的火箭在升空时爆炸，就会瞬间变成一枚威力巨大的"脏弹"，把放射性物质散布到广阔区域，后果不堪设想。

不过，除了发射风险之外，还有一个更为根本的原因——想要真正把物体送进太阳，其实非常非常困难。

乍看上去，飞向太阳应当是件容易的事，毕竟太阳的引力一直在把万物往它那里拉。

然而事实并非如此。

地球以及地球上的一切物体，都在以极高的速度绕着太阳做侧向运动。

当我们朝太阳"下落"的同时，也在以惊人的横向速度从它旁边掠过，结果就是一次次与太阳擦肩而过。

要想真正撞进太阳，就必须把这种侧向速度降下来，让飞行器不再横着飞。

而且这种减速必须彻底——只要还残留哪怕一点点侧向速度，飞行器就会与太阳失之交臂，绕着它兜一圈甩出去，而不是一头栽进去。

那么，需要把速度降低多少呢？ 地球连同地球上的一切，都在以大约每秒30公里的速度围绕太阳运行。

这意味着，要让飞行器停止绕日运动、直接坠入太阳，就必须让它相对于地球以每秒30公里的速度向后加速，才能抵消这份公转速度，实现"太阳跳水"。

而且必须减到几乎为零，一点都不能剩。

每秒30公里究竟有多快？做个对比就一目了然。

从地球轨道出发，只需要比地球再快约每秒11公里，就足以彻底摆脱太阳的引力束缚，飞出整个太阳系。

换言之，把飞行器送出太阳系，比让它撞进太阳还要容易得多。

这一点值得再重复一遍：从能量消耗的角度看，前往其他恒星所需要的加速度，竟然比抵达身边这颗太阳还要小。

听起来匪夷所思，但事实确实如此。

而事情还可以变得更加违反直觉。

由于天体引力的强弱与距离密切相关，物体离太阳越近，所在轨道就越小，绕太阳的公转速度也就越快。

以太阳系的行星为例，水星绕太阳一圈的速度大约是地球的一点五倍，而遥远的冥王星速度只有地球的六分之一。

这就带来一个有趣的推论：从水星出发反而比从地球出发更难撞进太阳，尽管水星离太阳近得多。

原因在于，要在水星轨道上停下来，飞行器需要以每秒48公里的速度向后加速，比在地球轨道上所需的每秒30公里还要大得多。

相反，从冥王星轨道出发反而轻松得多——只需要以每秒5公里的速度反向加速，就足以让飞行器摆脱缓慢的公转速度，径直坠入太阳。

正因为如此，如果单纯依靠火箭动力来完成撞日任务，最高效的做法反倒是先把飞行器送到外太阳系去。

因为在外太阳系公转速度大幅降低，随后再进行第二次点火，抵消掉那微弱的横向速度，飞行器就能沿着近乎笔直的路径直接落向太阳。

这也正是美国国家航空航天局早期在规划太阳探测任务时，之所以曾提出让探测器先飞往木星轨道的原因——绕道外太阳系反而更容易减速、更容易接近太阳。

不过，任务规划人员最终并未采用这一方案，而是选择让探测器多次借助金星的引力弹弓效应逐步减速，从而节省宝贵的燃料，一步步靠近太阳。

至于引力弹弓具体是如何运作的，那就是一个值得单独展开的话题。

它是人类发射太空探测器时经常会使用到的一种加速方式，简单来讲，这种方式能够利用行星的引力把探测器"甩"出去，从而为探测器提供额外的速度。

借助这一手段，探测任务所需要的燃料和飞行时间都能被大幅压缩，因此几乎成了深空探测的标配技术。

不过，如果对这个过程稍作推敲，就会发现它并不像"绕一圈就加速"那样简单。

在多数人的印象中，引力弹弓的画面大致是这样的：探测器首先朝着某颗行星飞近，然后被行星的引力抓住、绕着它转上一圈，等到被甩出来的时候，速度就比进入时更快了。

听起来顺理成章，可只要多想一步，就会隐隐觉得有点不对劲。

问题的关键在于能量守恒。

当探测器靠近行星时，行星的引力做正功，探测器会被加速；可当它绕过近拱点、再从行星旁边远离时，同一份引力又会做负功，把刚刚获得的动能重新拉回去。

一进一出、加加减减，探测器相对于行星的速度理应回到原点，怎么会平白多出一截呢？ 真正让这个"魔术"成立的，是参考系的切换。

相对于行星本身，探测器的速率进出确实几乎不变，弹弓过程只改变了它的飞行方向；但相对于太阳来说，行星本身也在高速公转，探测器借用的其实是行星绕日运动的那份动能。

行星在把探测器"甩"出去的同时，自身的公转速度会被极其微弱地拖慢一点，只不过行星的质量远远大于探测器，这份损失小到根本无法察觉。

所以，引力弹弓从来没有违反能量守恒定律，它只是把行星公转的动能借了一小勺给探测器。

理解了这一点，再回头看撞日任务为何要反复利用金星减速，也就顺理成章了——同样是引力弹弓，一次次借用行星的动量，就能把公转速度这道最难迈过去的坎，一点点悄悄磨掉。

一光年有多远？人类探测器飞了50年，才飞了一光天？

一光年到底有多远？为什么人类的探测器飞了快五十年，却连这段路的百分之一都没走完？ 更扎心的是，就算你真的飞到一光年外，也还没到最近的另一颗恒星。

你甚至可能还在太阳系外围，连这片家门口的荒地，都没有彻底穿过去。

你肯定听过答案：一光年，大约九万四千六百亿公里。

可这个数字太大了。

多念一个零，少念一个零，对你的感觉几乎没有区别。

所以这一次，我们换一把尺子。

把太阳缩成一颗直径两点五厘米的玻璃球，放在你面前。

地球跟着缩小，只剩一粒细沙那么大。

你把它放到距离玻璃球两米七的位置，地球轨道就摆好了。

接下来往外走。

走过木星、土星，一直走到八十多米外，你终于放下海王星。

整个八大行星的地盘，看起来也就一个足球场的尺度。

那么，一光年的刻度，应该放在哪里？球场外面？隔壁街道？还是城市另一头？ 都不够。

你得从这颗玻璃球出发，走出去大约一百七十公里。

记住，地球才在两米七外。

海王星才在八十多米外。

而你现在要跨过的，是一段足以连接两座城市的距离。

沿途绝大多数地方，连一颗行星都没有。

你以前看到的太阳系示意图，把行星挤得整整齐齐，却很难让你真正感受到，它们之间到底空成什么样。

如果把人类的探测器，也放进这套模型呢？ 旅行者一号，一九七七年出发，掠过木星和土星，一路飞向太阳风影响之外。

它每秒能飞十七公里。

你眨一下眼，它就已经越过一座城市的一部分。

可持续飞行近半个世纪，它在这套模型里，也不过走到距离玻璃球几百米的地方。

前面那条通往一光年的路，依然长得几乎看不到尽头。

按每秒十七公里算，飞完一光年，需要大约一万七千六百年。

你出发时留下的城市，可能已经消失。

你说的语言，可能早就没人听得懂。

而飞船，还在赶路。

你可能觉得，这不公平。

旅行者一号毕竟是几十年前的技术。

换一台快得多的探测器，总能把时间压下来吧？ 帕克太阳探测器，在最接近太阳时，速度能达到每小时约六十九万公里。

假设它能一直保持这样的速度，飞完一光年，仍然需要一千五百多年。

而且，这已经是一个过于理想的假设。

帕克的极速，来自它沿轨道冲向太阳时的加速。

离开太阳之后，它会减速。

那个惊人的纪录，不能直接变成一张通往恒星的车票。

不过，先让我们跳过这些困难。

假设未来的你，终于抵达一光年外，在那里建起了一座太空站。

你回头看，太阳还看得见吗？ 看得见。

它不会彻底淹没在星海里，仍然会是一颗非常明亮的星。

但你熟悉的金色圆盘消失了，剩下的，只是一个指向家的光点。

抵达这里的阳光，比地球附近微弱了约四十亿倍。

能看见它，不代表还能靠它照亮身边的世界。

就像远处一盏灯，你知道它亮着，脚下却依旧一片漆黑。

至于地球，那颗你想念的蓝色星球，肉眼已经根本找不到。

它自己不会发出可见光，只能反射太阳的光。

那一点微弱的亮度，几乎淹没在太阳旁边。

更让人难受的是，就算设备足够好，让你看清了家乡，你看到的，也是一年前的地球。

因为光从那里来到你的眼睛，已经走了整整一年。

这时候，你想给家里发一条消息。

今天是家人的三十岁生日。

你对着镜头说出生日快乐，按下发送。

消息离开天线，穿过黑暗，等它抵达地球，那个人已经三十一岁了。

对方看完，立刻回复一句谢谢。

你再收到这两个字时，又过去一年。

一来一回，两年。

这里最奢侈的东西，可能就是一次普通的聊天。

你问家里今天怎么样，等到回答抵达，那个今天，早就变成了两年前。

你换更好的天线，能让画面更清楚，声音更清晰，却不能把这一年变成一秒。

无线电和激光，在真空中都以光速传播。

设备可以升级，距离带来的等待，却不会自动消失。

如果太空站突然出了故障呢？你向地球求救，就算那边的人收到后立刻想出解决办法，操作指令也要等两年，才能回到你手里。

真正走进星际空间，你得先学会自己解决问题。

因为在这里，连一句别着急，都可能来不及。

可一光年外，到底有什么在等你？ 没有一堵墙，没有一条天然边界，也没有一颗刚好停在那里、等你登陆的星球。

这只是人类在宇宙里画下的一道刻度。

我们认为，远离行星轨道的地方，还分布着奥尔特云中的冰冷天体。

它的范围仍有不确定性。

一光年的终点，甚至可能还没有超出这片遥远的区域。

穿过太阳风形成的边界，和离开所有绕太阳运行的天体，并不是同一件事。

而最近的另一颗恒星，比邻星，距离我们约四点二四光年。

你费尽力气走完这一光年，连去它那里的四分之一路程，都还没走到。

所以，下次再听见一光年，不妨想想那颗玻璃球。

地球在两米七外，你站在一百七十公里外。

脚下没有路灯，没有补给，也没有能立刻回答你的人。

而这段让人类飞上一万多年、让一句问候往返两年的距离，在宇宙里，却只是尺子上最开始的一个刻度。