這次事件永久性地改變了太陽系的外貌。

入侵太陽系的天體質(zhì)量可能相當(dāng)于8個木星。NASA / JPL

近日一些天文學(xué)家稱，一個行星般大小的天體可能侵入過太陽系，且永久性地改變了木星、土星、天王星和海王星的軌道。這也許可以解釋為什么今天這些行星的軌道都有一些奇怪的特征。

盡管天文學(xué)家對太陽系行星的形成過程有不同看法，但大部分理論都認(rèn)為，行星理論上都應(yīng)當(dāng)環(huán)繞太陽在近正圓軌道上運行，且每顆行星的軌道平面應(yīng)當(dāng)是重合的。然而事實上已知的八大行星軌道都不是正圓的，而且它們的軌道平面也不重合。這種差異可以粗略地用受到擾動來解釋，但是如果要作出確切的解釋卻并不容易。

一直以來，針對這一差異的解釋主要集中在行星之間引力的相互作用方面，但是這些假說與實際觀測到的細(xì)節(jié)并不全然相符。

近日一些來自亞利桑納大學(xué)的天文學(xué)家針對一種較為罕見的可能性進行了研究。他們認(rèn)為，在大約40億年前，太陽系可能受到過外來大型天體的入侵。

研究人員在計算機中模擬了5萬種外來天體侵入太陽系的情景，每種情景延續(xù)時間超過2000萬年。在這5萬種情景中，入侵天體的質(zhì)量、速度和到達太陽的最近距離各不相同。研究人員還通過分析比恒星質(zhì)量小的天體——比如質(zhì)量接近木星的天體，以及一些較為極端的可能性——比如入侵天體曾經(jīng)到達距離太陽20個天文單位（1個天文單位=1個地球和太陽的平均距離）以內(nèi)的地方，來拓展研究范圍。

模擬產(chǎn)生結(jié)果中的大部分與今天太陽系的實際情況不一致。但研究人員發(fā)現(xiàn)，在大約1%的模擬結(jié)果中，太陽系巨行星的軌道受到了影響，并最終變成了與今天實際情況相近的樣子。

這些入侵者都能夠長驅(qū)直入太陽系，跨越天王星軌道，有一些甚至到達了水星軌道附近。它們質(zhì)量都相對較小，在2個木星至50個木星質(zhì)量之間。它們大多可能是行星，有些可能是褐矮星（比如質(zhì)量較大的那些）。褐矮星由一種由于質(zhì)量偏小而內(nèi)部核聚變未能成功引燃的恒星胚胎演化而來的特殊天體。

研究人員隨后又追加了1萬次將類地行星考慮在內(nèi)的模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)那些能夠影響巨行星軌道的入侵，也都能復(fù)現(xiàn)太陽系今天的整體外貌。其中最符合實際的一種情景是，曾有一個質(zhì)量大約相當(dāng)于8個木星的天體進入到了距離太陽僅1.69個天文單位的地方。這個距離僅比今天火星和太陽的平均距離（大約1.5個天文單位）稍遠(yuǎn)一些。

研究結(jié)果表明，可能只需一次亞恒星——質(zhì)量小于最小恒星的天體入侵，太陽系巨行星的軌道就會被改變。鑒于宇宙中這類亞恒星天體的數(shù)量比恒星多，因此是它們而非恒星入侵太陽系的可能性更大一些。

參考
A substellar flyby that shaped the orbits of the giant planets
https://arxiv.org/html/2412.04583v1