研究：早期太陽有類似土星環的結構

新研究提出太陽在年輕的時候，周圍的塵埃盤並不是連續分布的一片盤狀，而是分成三道塵埃環，不同的行星在不同的環內誕生，這個機制最終限制了地球的大小，而沒有長成「超級地球」。

這份研究利用超級電腦模擬了幾百種太陽系誕生初期的情形，讓它們按照行星演化原理發展。研究人員發現，其中一個模型中的太陽周圍有好幾圈塵埃環，這樣演化出來的結果和現在的太陽系最相近，能解釋太陽系現在的許多特點，包括為什麼火星和木星之間有一個小行星帶、為什麼來自太陽系內圍和外圍兩個區域的化學物質有著明顯的區別，以及為什麼在海王星軌道以外有個富含彗星、小行星的柯伊伯帶（Kuiper belt）等。

不過其中最有趣的一項是，研究稱這個模型能解釋為什麼地球沒有長成「超級地球」。所謂超級地球就是體積比地球大得多、由岩石構成、具有大氣層甚至地表存在液態水的行星。科學家發現，銀河系內三分之一和太陽系差不多的恆星系統里，都發現了超級地球這樣的系外行星。可是為什麼太陽系內不存在一個超級地球？

這份研究認為，太陽系誕生的初期，太陽周圍的塵埃盤內的物質不是均勻連續地分布，而是至少分成了三道像現在土星周圍那樣的塵埃環。研究人員把它叫做「壓力帶」（pressure bumps）。不同的行星在不同的壓力帶內誕生，只能提取所在塵埃環之內的物質，這限制了行星成長可用的資源，所以地球沒能長成更大的體積。

過去幾十年來，科學家們都知道行星是在恆星周圍的「原始行星盤」內誕生的，但是以為塵埃盤內的塵埃是連續分布的，而且距離恆星越遠塵埃分布的密度越小。但是這份研究的模擬演化模型顯示，這樣連續的塵埃盤內其實不太可能誕生行星。

這份研究的主要作者之一美國萊斯大學（Rice University）的天文學家安德里亞·伊塞拉（Andrea Isella）說：「在連續的塵埃盤里，所有的固體粒子很快都會被太陽吸收。需要某種機制阻止它們落入恆星，這些物質才有時間成長為行星。」

合作研究者安德烈·伊齊多羅（André Izidoro）進一步解釋說，如果固體粒子繞行恆星的速度比它周圍的氣體快，「固體粒子就像遇到阻力一樣（減緩了它們的速度，減小了離心力），使得它們快速落向恆星。」而在「壓力帶」，氣體壓力增加，運動的速度加快，固體粒子不再感到阻力，「這使得塵埃顆粒在壓力帶內聚集」。

這份研究認為，越靠近太陽的地方溫度越高，塵埃盤內不同區域內的物質被氣化從而產生環狀的氣化帶，也就是研究者所稱的「壓力帶」。

具體來說，這份研究認為太陽的周圍從里到外分別有矽酸鹽、水和一氧化碳這三種物質被氣化而形成的環帶。最靠近太陽的一圈，是像沙子、玻璃、二氧化矽這些物質被氣化而形成的環帶，水星、金星、地球和火星都在這個環帶內誕生。中間一圈是水蒸氣環帶，最外面一圈是一氧化碳氣化帶。

研究還認為，隨著太陽系年齡的增大，行星盤在冷卻，這些氣化帶將不斷向內移動靠近太陽。在這個移動的過程中塵埃累積變成小行星那樣規模的天體，之後再繼續長成行星。

這份研究發表於《自然·天文學》（Nature Astronomy）期刊。