不是彗星惹的祸

撰文｜约翰·马特森（John Matson）

翻译｜谢懿

遥远的奥尔特云被认为是彗星发源地，那里的彗星经过漫长的旅程，通过木星和土星的层层阻挠，冲进太阳系，甚至与地球发生亲密接触。它们是怎么踏上这条轨迹，进入太阳系内部区域的？一个新的彗星形成机制告诉我们，从内奥尔特云散射的彗星受到星际空间引力摄动，就可以绕过木星或土星，安身于太阳系内。

奥尔特云到太阳的距离远远超过冥王星的轨道半径。那里的冰质尘埃团块有时会受到驱赶，拖着长长的尾巴以彗星的形式闯进内太阳系。受到从太阳附近经过的恒星，以及其他银河系中的相互作用的影响，一些扰动足以把奥尔特云中的彗星送入一条会从地球身边呼啸而过，甚至会与地球相撞的轨道。新的数值模拟已经揭示出一种彗星进入内太阳系的新机制。模拟结果还暗示，彗星雨可能和地球上的大规模生物灭绝事件并没有太大联系。

彗星的运动很大程度上取决于木星和土星：它们巨大的引力场往往会让小天体远离地球。传统观点认为，能够绕过木星和土星围堵的彗星必定来源于奥尔特云外围，因为只有在那里，来自太阳系外的摄动才能发挥最大的影响，把彗星送入周期长达数百年的长椭圆轨道。这种理论还认为，只有在其他恒星近距离擦过太阳而造成彗星雨期间，极强的引力扰动才能把内奥尔特云的彗星送入内太阳系。

美国华盛顿大学的内森·凯布（Nathan Kaib）和托马斯·奎因（Thomas Quinn）进行的计算机模拟，颠覆了先前的这一观点。他们发现，即便在没有大的扰动造成彗星雨的情况下，能成功穿越木星－土星壁垒的彗星实际上也有很多来源于内奥尔特云。确切地说，他们发现，通过与大质量行星的相互作用，内奥尔特云中距离相对较近的天体可以被散射到奥尔特云的外围。这些彗星突然被“踢入”一条周期更长的轨道，从而受到更大的、来自于星际空间的引力摄动。一段时间后，当彗星再次回到行星附近时，轨道又会发生大幅变化，引导它们从木星或土星身边滑过。凯布说：“它们基本上都能够成功穿越木星－土星壁垒。”

凯布和奎因估计，我们观测到的来自于奥尔特云的彗星，有半数以上是通过这种途径来到我们附近的。其他研究者对这一模拟结果也表示赞同。美国喷气推进实验室的资深科学家保罗·韦斯曼（Paul Weissman）说：“这种被我们称为‘动力学路径’的机制确实可行，影响也可能非常深远。”

彗星引发的骚乱：一种可以用来解释彗星如何穿越木星和土星的新机制认为，这些冰质天体对地球上生物大灭绝事件所起的作用并不大。

美国普林斯顿高等研究院的天体物理学家斯科特·特里梅因（Scott Tremaine）说，这一研究为彗星形成的标准模型和观测之间的差异提供了一种解决途径。特里梅因说：“差异之一是，（按照传统观念）彗星的形成过程效率极低。为了使所形成的彗星数量达到我们的观测值，太阳系原行星盘的质量就必须很大，但这样大的质量似乎与其他方法得到的最佳估算值不相符。”

凯布和奎因根据他们新发现的机制和观测到的彗星数量，估计出了内奥尔特云中物质总量的上限。然后，他们建立了一个统计模型，估算有多少彗星会在过去几亿年来的彗星雨中击中地球。他们的结论是：大规模彗星雨非常罕见，由此造成的地球生物大灭绝事件可能不会超过一次。

用彗星动力学来解释地球上的生物灭绝历史，可能会遭受一些争议。韦斯曼注意到，凯布和奎因在分析灭绝事件时考虑的是彗星雨，而非通常情况下所考虑的彗星。而且，就算彗星雨出现的次数减少，也排除不了彗星在生物灭绝中所起的作用。他解释说，要引发一场生物大灭绝，根本不需要许多小彗星像下雨一样接连撞击地球，一颗大彗星撞过来就足够了。

原行星盘

原行星盘是环绕在新形成的年轻恒星周围的气体尘埃盘，在恒星形成过程中普遍存在。