研究称早期太阳系有一个神秘的“缺口” 可能塑造了太阳系行星的组成

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。”