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量可能相當于8個木星。NASA / JPL

近日一些天文學家稱，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，但大部分理論都認為，行星理論上都應當環繞太陽在近正圓軌道上運行，且每顆行星的軌道平面應當是重合的。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節并不全然相符。

近日一些來自亞利桑納大學的天文學家針對一種較為罕見的可能性進行了研究。他們認為，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，每種情景延續時間超過2000萬年。在這5萬種情景中，入侵天體的質量、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量小的天體——比如質量接近木星的天體，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）以內的地方，來拓展研究范圍。

模擬產生結果中的大部分與今天太陽系的實際情況不一致。但研究人員發現，在大約1%的模擬結果中，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。它們質量都相對較小，在2個木星至50個木星質量之間。它們大多可能是行星，有些可能是褐矮星（比如質量較大的那些）。褐矮星由一種由于質量偏小而內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的模擬，結果發現那些能夠影響巨行星軌道的入侵，也都能復現太陽系今天的整體外貌。其中最符合實際的一種情景是，曾有一個質量大約相當于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）稍遠一些。

研究結果表明，可能只需一次亞恒星——質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