近年來天文學家一直在努力完善我們對太陽系形成過程的理解。一方面有傳統的星云假說認為太陽、行星以及太陽系中所有其他天體都是數十億年前由星云物質形成的。然而天文學家們傳統上認為，行星是在它們現在軌道上形成的，這已經被質疑了。
這已經受到像大頭針模型這樣的理論的挑戰。這一理論表明，木星在形成后從原來的軌道上遷移，對太陽系內部產生了巨大的影響。而在最近的一項研究中，一個國際科學家小組又更進一步，提出火星實際上是在今天的小行星帶中形成的，并隨著時間的推移向太陽靠近。
這項名為“火星涼爽而遙遠的形成”的研究最近發表在《地球與行星科學快報》上。該研究由東京理工學院地球生命科學研究所的拉蒙·布瑟斯領導，其中包括來自科羅拉多大學、匈牙利科學院和英國鄧迪大學的成員。
地球和火星大小差異的合成圖像。圖片版權：NASA/Mars Exploration
研究小組討論了傳統的太陽系形成模型的一個最突出的問題。這是火星、地球和金星緊密結合在一起的假設，火星向外移動到目前的軌道。此外該理論認為火星——大約是地球的53%，只有地球的15%——本質上是一個行星胚胎，從來沒有變成一個完整的巖態行星。
然而這與火星隕石上的大量元素和同位素研究相矛盾，這些研究發現了火星和地球之間的主要區別。正如Brasser和他的團隊在他們的研究中指出的：這表明火星是在原生加積過程中形成的。因此很有可能火星永遠比地球離太陽更遠;它的生長發育遲緩，質量也相對較低。
為了驗證這個假設，研究小組進行了與大頭針模型一致的動態模擬。在這些模擬中，木星向太陽移動了大量的質量，向太陽系內部遷移，這對類地行星的形成和軌道特征產生了深遠的影響(水星、金星、地球和火星)。
該理論還認為，這種遷移會將物質從火星上拉出來，從而考慮到構成的差異，以及與金星和地球相對較小的體積和質量。他們發現在模擬的一小部分中，火星在離太陽更遠的地方形成，而木星的引力把火星推到了目前的軌道上。
大頭針模型(頂部)與傳統的關于太陽系內部形成的理論相比較。圖片版權：Sean Raymond/planetplanet.net
由此，研究小組得出結論：要么是科學家缺乏解釋火星形成的必要機制，要么是所有可能的可能性，這種統計上罕見的情況確實是正確的。正如科羅拉多大學地質科學教授、該研究報告的合著者斯蒂芬·莫杰茲(Stephen Mojzsis)最近在接受《天體生物學》雜志(Astrobiology)雜志采訪時所指出的那樣，這種情況實屬罕見，但這并不意味著它不可信：如果有足夠的時間可以期待這些事件。例如如果你擲骰子的次數足夠多，最終會得到雙六。概率是1 / 36或者和我們模擬火星形成的概率是一樣的。
事實上，在宇宙學術語中，2%的概率(即他們從模擬中得到的概率)并不是很差。當一個人認為這樣的可能性會使火星和地球上的表親(即地球和金星)之間的關鍵區別得以實現時，這個微小的可能性似乎是可能的。然而火星在其歷史進程中向內遷移的想法也帶來了一些嚴重的影響。
首先，研究人員被要求解釋火星是如何擁有更厚、更溫暖的大氣層的，這使得液態水可以存在于火星表面。如果火星實際上是在現代小行星帶中形成的，那么它就會受到更少的太陽通量的影響，而且表面溫度會比它在現在的位置上形成的溫度要低得多。
科學家們通過測量從今天到43億年前的水和HDO的比例來測量火星上的水流量。圖片版權： Kevin Gill
如果火星在早期大氣中有足夠的二氧化碳，那么在后期的重轟濫炸中，可能會有可能出現間歇性的，液態水可能存在于地表。或者像他們解釋的那樣：模型顯示除非一個內在volatile-rich火星擁有一個強大和可持續的溫室的氣氛,其平均表面溫度是不懈0°C以下。這種寒冷的表面環境會受到早期撞擊的影響，它們都重新啟動了停滯不前的水文循環，并為火星地殼的早期生命提供了避難所。
基本上，雖然火星在其早期的生命周期中受到較少的太陽能量的影響，但它可能仍然足夠溫暖以支持其表面的液態水。正如Mojzsis在他去年合著的一篇論文中所指出的那樣，它所接收到的許多轟炸(正如它的許多隕石坑所證明的那樣)足以融化表面的冰，使大氣變厚，并引發周期性的水循環。
這項研究的另一個有趣之處是它如何預測金星可能有一個與地球衛星系統相似的大體積成分(包括它的氧同位素)。根據他們的模擬，這是由于金星和地球總是共享相同的構造塊，而地球和火星卻沒有。這些發現與最近基于地面的金星及其大氣的紅外觀測相一致。
nasa - roscosmos venera - d任務概念的印象，其中包括一個金星飛行器和一個設計在金星表面生存幾個小時的著陸器。圖片版權：NASA/JPL-Caltech
當然，在獲得金星的地殼樣品之前，還不能得出明確的結論。如果提議的venera - dolgozhivuschaya(venera - d)任務——一項NASA / Roscomos計劃將軌道飛行器和著陸器發射到金星的計劃——將在未來10年發射，那么這一計劃就可以實現。與此同時，在大頭針模型和星云假說中還有其他有待解決的突出問題。
這包括太陽系的氣體/冰巨行星如何在其當前位置形成，在小行星帶之外的軌道上形成的想法似乎與早期太陽系的模型不一致，這表明沒有足夠的物質遠離太陽。另一種選擇是，它們更靠近太陽，并向外遷移。最近對太陽系外行星系統的研究證實了這一可能性。在太陽系外行星系統中，氣態巨行星的軌道非常接近它們的恒星(即“熱木星”)。
通過開普勒太空望遠鏡的直接觀測和早期的研究了解到，巨大的行星遷移是行星系統的一個正常特征。巨大的行星形成引發了遷移，而遷移則是關于重力的，而這些世界在早期就影響了彼此的軌道。如果能從更遠的地方觀察宇宙，就會有一個好處，那就是它能讓天文學家們找到更好更完整的太陽系如何形成的理論。隨著我們對太陽系的探索不斷增加，我們肯定會學到很多東西，這將有助于我們對其他恒星系統的理解。
知識：科學無國界，博科園-科學科普
參考：Astrobiology Magazine, Earth and Planetary Science Letters
