太阳系早期可能多出两颗冰巨星

尼斯模型认为太阳系曾有额外冰巨星，新研究却发现了一个严重问题。

太阳系在人类认知中是一个稳定的存在，八大行星各行其道已有数十亿年。但按照2005年提出的尼斯模型，太阳系的早期历史远没有这么平静。这个模型认为，太阳系最初可能拥有多达六颗冰巨星，它们在引力作用下不断迁移，引发了一场剧烈的轨道动荡，其中两颗在混乱中被弹射出太阳系，剩下的四颗才逐渐稳定到我们今天看到的轨道上。

尼斯模型在解释太阳系的大尺度结构方面成绩不错，包括木星的特洛伊小行星分布、柯伊伯带的形态以及大约40亿年前发生的晚期重轰击事件，也就是月球表面密密麻麻的陨石坑的来源。但科学家一直想在更细微的尺度上检验它，看看它能否经得起对具体天体系统的推敲。

约翰斯霍普金斯大学的天体物理学家Matthew Clement带领团队做了这样一次检验。他们模拟了尼斯模型的两个变体版本，分别假设太阳系早期多出一颗或两颗额外的冰巨星，然后计算这些变故对木星和天王星卫星系统的影响。团队覆盖了现有文献中提出的几乎所有外太阳系初始条件组合，力求全面。

结果让尼斯模型的支持者有些尴尬。在绝大多数模拟中，天王星的卫星系统遭到严重破坏，卫星之间相互碰撞、脱离原有轨道甚至被彻底弹出系统，整个卫星群经历了一次毁灭性的重组。木星的四颗伽利略大卫星表现稍好一些，但要同时保全两套卫星系统的完整却异常困难，在所有测试中只有一组初始条件能够稳定地保留两者而不受严重破坏。这意味着要么木星和天王星的卫星系统不能同时完好无损地存活下来，要么太阳系走了极端幸运的路径。

研究者由此梳理出三种可能的解释。第一种，天王星当前的卫星本身就是碰撞和混沌的产物，意味着天王星至少经历了两次毁灭性打击，一次是导致它侧躺自转的远古撞击事件，另一次就是尼斯模型所描述的早期引力动荡。第二种，尼斯模型本身需要修正，考虑到它要重建的是40亿年前的事件，不完备并不奇怪。第三种可能最让人不安：太阳系的演化路径本身就是一个概率极低的幸运事件。研究团队在发表于Icarus期刊的论文中坦率承认，现有文献中的各类模拟很可能没有一组能够精确还原太阳系的全部面貌。下一步，团队计划将同样的模拟方法应用于土星的卫星系统，检验尼斯模型在那里是否也会遇到类似的困境。

本文译自 sciencealert，由 BALI 编辑发布。