🌌 失落的冰巨行星与神秘的生命密码
一颗“迷失在宇宙中的行星”或曾为木星和天王星孕育的卫星
你能想象一个没有卫星的木星吗？差点就发生了。
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天王星及其五大卫星——米兰达、阿里尔、乌姆布里埃尔、泰坦尼亚和奥伯龙的插图。在一个平行时空里，天王星孤身独行，再无卫星相伴。
（图片来源：美国国家航空航天局/约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室/迈克·亚科夫列夫）
多年来，天文学家一直怀疑，在太阳系45亿年的历史中，曾失去过至少一颗行星。最新研究显示，木星和天王星的卫星或许暗示，行星系统还存在第三颗冰巨行星，大约在30亿到40亿年前，太阳系最大的四颗行星比现在更靠近太阳（也更接近彼此），轨道位置更为紧密。四颗巨行星——木星、天王星、土星和海王星——是由于彼此引力相互作用，逐渐从原先的位置移动到了现在的轨道上。
鉴于此，研究人员进行了模拟实验，探究这场激烈的位置争夺战如何产生，特别是如何影响了木星和天王星的卫星——结果表明，这两颗行星的卫星能在这场动荡时期幸存下来，全靠一颗未能幸免的巨型行星。
🔭 太阳系演化史源起
克莱门特及其同事对122种可能的早期外太阳系版本进行了计算机模拟，使用了不同的行星初始组合以及不同的行星迁移模式情景。他们对每种模拟的太阳系历史运行了多次，并记录下哪些版本更有可能产生与今天的外太阳系相似的结构。研究人员特别关注气体巨星木星和冰巨星天王星的卫星。
克莱门特及其同事在最近的研究论文中写道：“行星相遇以及由此产生的轨道变化，被认为在促成太阳系中众多小天体群体成形过程中发挥了关键作用。”
其他天文学家团队也寻找着关于巨型行星在小行星和其他小型天体轨道上运动的线索，将这些天体比作脚印，研究它们是如何被移动中的巨型行星引力推挤或拉扯而进入当前轨道的。木星和天王星的卫星提供了丰富的线索，它们很可能在太阳系漫长的历史中，几乎一直保持着目前的轨道位置。木星的卫星处于一系列轨道共振链中，这种共振通过卫星长期相互轻微牵引形成；陨石坑记录也表明，木星的卫星年龄非常、非常古老。
由詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外相机（NIRCam）拍摄的木星合成图像，展示了该行星的光环以及两颗卫星——阿玛尔忒亚和阿德拉斯忒亚。木星两极周围的蓝色光晕是极光。（图片来源：美国航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、木星欧洲遥感卫星团队；图像处理：里卡多·韦索（UPV/EHU）和朱迪·施密特。）
🌟 生活在一个不太寻常的太阳系中
原来，木星和天王星能拥有众多卫星，实属幸运。
木星的卫星在不到15％的模拟中成功通过了巨行星迁移时期；天王星的卫星则仅在约9％的情况下幸存。事实上，对某一组卫星有利的情景，往往对另一组不利：当模拟从两个额外的冰巨行星开始时，木星卫星的生存几率更高；当存在一个但更大的冰巨行星时，天王星卫星的存活频率也更高。两种巨行星卫星在相同情境下同时幸存的概率仅为约1％。克莱门特及其同事发现，仅有两种情景中两颗行星的卫星得以幸存，且这两种情况均始于初始阶段有一个额外的冰巨行星。
“太阳系是相当不太可能的不稳定演化结果，”克莱门特和他的同事们写道。换句话说，就像《复仇者联盟：无限战争》中奇异博士在战场上阴森地举起两根手指那样。
☄️ 太阳系中一个早已失落的冰巨行星
最有可能的情况是，太阳系最初由五颗巨型行星组成：即今天熟知并喜爱的四大行星，再加上一颗额外的冰巨行星——堪称行星界的“皮特·贝斯特”。大约在太阳系诞生后的第一个十亿年左右，木星的迁移使其距离这颗不幸的冰巨行星约430万公里（700万公里），为它提供了足够的引力推力，使其达到逃逸速度。这颗早已失落的冰巨行星可能至今仍在星际空间漂浮，寒冷而孤独。
冰巨行星被踢出太阳系，木星和天王星的卫星未能免于同样的命运。但冰巨行星原本存在这一事实，却改变了其他四颗行星迁移的轨迹，使其避免了天王星多次与另一颗巨型行星引力的近距离接触，也缩短了这段迁移的历史。
木星与这颗长期失踪的冰巨行星的近距离相遇，足以使它的卫星轨道发生轻微扰动，打破原本整齐的轨道共振链，但不足以导致它们相互碰撞或被抛射到星际空间（克莱门特及其同事认为，卫星本应有足够时间逐渐恢复到共振状态）。与此同时，天王星及其卫星可能经历了至少两次重大动荡：一次是某个大型天体撞击该行星，使其侧翻；另一次则发生在巨行星迁移过程中。尽管这两起事件可能引发了一些卫星间的剧烈碰撞，但其影响并不足以彻底摧毁整个系统。
这张图像中可以看到天王星及其一些卫星。（图片来源：科学杂志、美国航空航天局、欧洲航天局、太空望远镜科学研究所、克里斯蒂安·索托（太空望远镜科学研究所）。图像处理：约瑟夫 德 帕斯夸里（太空望远镜科学研究所））
🧩 不为人知的背后
在模拟过程中，克莱门特和他的同事们测试了多种因素，包括太阳系中巨行星的数量和质量、它们的初始轨道，以及柯伊伯带中物体的总质量——但他们写道：“最相关的变量是初始冰巨行星的数量。”
克莱门特及其同事指出，“尼斯模型”模拟是随机性的，即运动中的天体开始相互作用，其过程包含一定的随机因素。模拟无法完全重现实际发生的情况，只能反映其总体趋势。
研究人员写道：“文献中所建模的不稳定性不包含能够精确再现太阳系所有特征所需的准确相遇序列。” 为整体轮廓提供了有力线索，例如曾存在另一颗行星，现已消失于虚空中。约翰·霍普金斯大学的行星科学家马修·克莱门特及其同事在《行星科学杂志》（Icarus）上发表了他们的研究成果。研究人员写道：“文献中所建模的不稳定性极有可能不包含能够精确再现太阳系所有特征所需的准确相遇序列。” 这一模拟为整体轮廓提供了有力的线索，例如曾存在另一颗现已消失于虚空中的行星。约翰·霍普金斯大学的行星科学家马修·克莱门特及其同事在《行星科学杂志》（Icarus）上发表了他们的研究成果。
基奥娜·N·史密斯 撰
BY: Kiona N. Smith
FY: jane
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自：
https://www.space.com/astronomy/solar-system/a-lost-planet-may-have-given-jupiter-and-uranus-their-moons
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