科学家模拟外星人眼中太阳系模样

摩发国际 · 发表于 2016-11-22 07:35:07

　　这些由追踪冰质微粒活动的电脑模型生成的图像，代表了遥远观测者所看到的柯伊伯带尘埃的红外照片。这些模型首次包括了冰质微粒之间碰撞的影响。通过加快尘埃微粒对撞速度，电脑模拟显示了从远处看，太阳系的模样如何随时间变化

　　

　　远古时期柯伊伯带的模拟照片与“哈勃”太空望远镜拍到的北落师门星光环照片有着惊人的相似之处。北落师门星是一颗位于南鱼座的年轻恒星，距地球25光年远。2008年，“哈勃”望远镜发现一颗行星绕北落师门星光环运转。在这张照片中，位于中心地带的明亮恒星已被遮挡住，以便让我们可以看到其周围相对模糊的光环。

　　据据美国宇航局官网报道，美国科学家运用超级电脑对数以千计的星际尘埃之间的相互作用进行了模拟，模拟结果不仅显示了太阳系在外星人眼中的模样，同时还表明随着太阳系趋于成熟，这个行星系的状况可能也跟着发生了变化。

　　锁定柯伊伯带尘埃微粒

　　领导实施这项研究的美宇航局戈达德太空飞行中心天体物理学家马克·库切纳(Marc Kuchner)表示：“行星可能因过于暗淡，不能被直接发现，但研究太阳系的外星人或许能轻易确定海王星的存在--这颗行星的引力会在尘埃中留下空隙。我们希望，这些电脑模型有助于我们发现绕其他恒星运转的海王星大小的系外行星。”

　　研究人员追踪的星际尘埃来自柯伊伯带(Kuiper Belt)，这是一个位于海王星轨道之外的碟形地带，在那里，包括冥王星在内的数以百万计的冰质天体绕太阳轨道旋转。科学家认为，柯伊伯带其实就是织女星、北落师门星等恒星周围的尘埃盘更古老、更狭长的版本。

　　库切纳在戈达德太空飞行中心以前的同事克里斯托弗·斯塔克说：“最新模拟结果还使我们可以看到柯伊伯带的尘埃在太阳系更为年轻时的状况。实际上，我们可以回到过去，了解从遥远的地方观测太阳系可能发生了怎样的变化。”斯塔克如今供职于华盛顿特区的卡内基科学研究所。

　　柯伊伯带内的物体偶尔会相互碰撞，这种剧烈的碰撞过程产生了大量冰质微粒。但是，追踪这种尘埃微粒在太阳系的活动绝非易事，因为除了太阳和行星的引力外，它们还遭受到各种力量的影响。例如，太阳风也会影响星际尘埃，将其拖到离太阳更近的地方，在这种情况下，阳光要么将尘埃向内拖拽，要么向外推。尘埃会遭遇怎样的结局，则取决于它们的大小。

　　尘埃相撞扮演重要角色

　　尘埃微粒还会撞在一起，碰撞可以摧毁这些脆弱的微粒。新电脑模型首次涵盖尘埃微粒之间的碰撞，有关这次研究的论文已刊登在9月7日出版的《天文学杂志》上。库切纳说：“人们感觉对尘埃碰撞的计算无法实现，因为需要密切跟踪这些如此之小的微粒。我们找到了实现这一目标的途径，为全面了解整个过程创造了条件。”

　　在美宇航局“发现”超级电脑的帮助下，研究人员对7.5万个尘埃微粒进行了跟踪研究，将它们与系外行星、阳光、太阳风以及彼此之间的相互作用记录下来。电脑模拟的尘埃微粒大小不一，大到相当于针眼的直径(1.2毫米)，小到只有针眼直径的千分之一，即相当于烟尘中的颗粒大小。在电脑模拟期间，研究人员依据他们当前对尘埃微粒生成速度的估计，将其放入在今天的柯伊伯带发现的三种轨道中的一种。

　　从电脑模拟生成的数据中，研究人员制作出了代表从远处看到的太阳系红外图像的合成照片。通过一种称为共鸣的引力效应，海王星令附近尘埃微粒进入优先轨道。这使得海王星附近产生了一个“清除区”,同时，在其围绕太阳运行前后，尘埃微粒数量增加。斯塔克解释说：“我们从中了解到的一件事是，即便在今天的太阳系中，尘埃碰撞仍然在柯伊伯带扮演着重要角色。”

　　这是因为，碰撞往往会在大的尘埃微粒活动到距其生成地很远的地方之前，便将它们统统摧毁，导致横跨海王星轨道两边的尘埃光环相对稠密。为准确了解柯伊伯带更年轻、更笨重版本的状况，研究小组利用超级电脑加快尘埃生成速度。过去，柯伊伯带含有更多碰撞更为频繁的物体，从而以更快的速度产生尘埃微粒。尘埃微粒数量越多，微粒之间的撞击就越频繁。

　　全面掌握太阳系尘埃盘信息

　　借助运用更高对撞速度的不同模型，研究小组根据尘埃生成数量制作出相应的图像，与最初的模型相比，这些模型产生尘埃的强度分别是前者的10倍、100倍和1000倍。科学家由此推算出在柯伊伯带的年代分别为7亿年、1亿年和1500万年时，尘埃在数量增加后对周围环境的影响。

　　库切纳说：“结果让我们大吃一惊。”随着对撞变得日趋重要，大尘埃微粒从柯伊伯带逃生的几率大大降低。随着时间的推移，今天的尘埃盘变成一个稠密、明亮的光环，而这个光环与其他恒星(特别是北落师门星)周围的光环具有惊人的相似之处。

　　斯塔克说：“令人惊奇的是，我们以前在其他恒星周围见过这些狭长的光环。下一步，我们将会模拟北落师门星和其他恒星周围的尘埃盘，以了解尘埃分布如何向我们透露行星存在的信息。”研究人员还计划通过制作更靠近太阳的其他天体的模型，更为全面地掌握太阳系尘埃盘的信息，包括柯伊伯带以及数千个因木星引力而聚在一起的所谓特洛伊小行星。

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