科学家刚发现太阳系原始行星工厂
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在木星轨道外侧不远处，形成了一个高压气体的环形区域。
在这个尘埃陷阱中，经过数百万年时间，成分各异的星子得以形成。
来源：MPShormesdesign.de
科学家们可能已经发现了太阳系中最重要的行星工厂之一，它就隐藏在木星轨道之外。
当太阳系最初形成时，年轻的太阳被一个广阔的气体和尘埃盘所环绕。
数百万年来，盘中的微小颗粒相互碰撞并合并成更大的岩石天体，称为星子。
其中一些天体最终演变成行星，而另一些则成为了今天小行星的祖先。
研究人员长期以来一直怀疑这一过程是混乱且不均匀的，而非有序的。
早期太阳系的不同区域可能在不同条件下演化，处于不同发展阶段的星子或许是同时形成的。
日前，德国马克斯普朗克太阳系研究所（MPS）的科学家表示，他们已确定木星轨道外一个特别重要的区域。
根据发表在《天体物理学杂志》上的一项研究，这个环形区域既是高效的，也是高度多用途的星子诞生地。
他们的计算机模拟表明，在大约两百万年的时间里，该区域形成了成分差异极大的星子。
不同类型的星子显然在早期尘埃和气体盘的同一区域形成，只是形成时间不同。
木星轨道外侧的区域为这种形成提供了绝佳条件，行星形成领域莉泽迈特纳小组的负责人乔安娜德拉日科夫斯卡说道。
不同类别的碳质球粒陨石（此处为CO、CV、CM、TL、CI和CR类）可追溯到不同代的星子，这些星子形成过程约为两百万年。
它们在细粒物质（此处以蓝色显示）和包裹体（此处以棕色显示）的比例上存在差异。
图片来源：MPShormesdesign.de
木星的轨道形成了一个强大的尘埃陷阱
这项研究聚焦于太阳系诞生后大约两百万到四百万年的时期。
到那时，木星已经清扫了其轨道附近的大部分物质，在周围的气体和尘埃盘中留下了一个空隙。
科学家认为，这一过程还在木星轨道外侧形成了一个气体压力增强的环带。
在星盘中漂移的尘埃颗粒被困在那里，导致大量物质堆积。
这些密集的尘埃聚集体形成了被称为卵石的小团块。
早期研究已经表明，在太阳系早期阶段，这些尘埃陷阱内的卵石可以迅速成长为星子。
不过，研究人员尚不清楚同一区域是否能在很长一段时间内持续产生成分差异很大的天体。
碳质球粒陨石的外观差异很大。
其中一些，比如这里展示的阿伦德陨石，含有大量清晰可辨的内含物。
……图片来源：MPST.Klawunn
这项新研究表明它是可能的。
通过先进的模拟，研究团队发现，在数百万年的时间里，这个尘埃陷阱中可能形成了几个不同的星子群体。
研究结果还与在地球上发现的特定陨石群的特征高度吻合。
我们首次通过早期太阳系的计算机模拟，成功准确再现了陨石实验室研究的结果。
可以说，陨石是行星形成理论的试金石，MPS主任兼宇宙化学家托尔斯滕克莱因表示。
其他的，比如伊武纳陨石，几乎完全由细粒、易碎的物质组成。
这里展示的胶囊只有大约一厘米长，里面装有这种非常罕见的陨石的几粒颗粒。
图片来源：MPST.Klawunn
古老陨石揭示行星形成的线索
陨石是从太空坠落并穿过地球大气层后幸存下来的岩石碎片。
大多数被认为是古老星子的碎片，自太阳系早期以来基本保持不变。
研究人员专注于碳质球粒陨石，这是一种富含碳的石质陨石。
此前的实验室研究表明，这些陨石形成于木星以外的区域，且形成时期与模拟研究中考察的时期相同。
科学家根据年龄和成分将碳质球粒陨石分为六组。
有些陨石很脆弱，主要由易碎裂的细粒物质组成。
另一些则更坚固，含有嵌入在更细物质中的可见内含物。
在模拟中，这些物质对应两种被认为存在于早期太阳系中的不同物质。
一种由脆弱的尘埃物质组成，而另一种则由更稳定的团块组成，这些团块早期在较热区域形成，之后扩散到整个星盘。
对于我们的模拟而言，对两种材料在小尺度和大尺度下的行为及相互作用进行建模至关重要，MPS的博士生、该论文的第一作者NereaGurrutxaga表示。
模拟揭示多代太空岩石
模型同时追踪了单个粒子的碰撞以及物质穿过巨大气体盘的大规模运动。
粒子可能会相互黏合、碎裂、向太阳内部漂移，或者在密集区域聚集。
模拟结果显示，木星对较大、较坚固的粒子的阻挡作用比对微小尘埃颗粒更强。
同时，新星子的形成逐渐消耗了部分可用物质。
随着时间的推移，这些效应导致不同的物质混合物在木星轨道以外的区域聚集。
随着平衡的变化，明显不同代的星子开始出现。
在最初的50万年里，易碎物质的数量先是下降，然后在接下来的100万年里再次上升。
最终，出现了两类截然不同的星子群体。
一类主要由脆弱物质组成，而另一类则以更稳定的物质为主。
研究人员认为，甚至比碳质球粒陨石更早的陨石类型也可能是在同一个尘埃陷阱中形成的。
乔安娜德拉日科夫斯卡表示：有充分证据表明，尘埃陷阱是太阳系中星子的首选诞生地。
相关知识
太阳系是以太阳为中心的天体系统，受太阳引力约束的天体包括八大行星（如水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、卫星、小行星带、彗星及星际尘埃等。
它诞生于约46亿年前，是宇宙中众多恒星系统之一，地球是其中唯一已知存在生命的行星。
BY: Max Planck Institute for Solar System Research
FY: AI
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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。
