太陽系早期

談論到關於行星的形成，那麼我們必然離不開早期的太陽系。早期的太陽系是一個充滿極其混亂的“戰場”，行星還未完成形成，結構還未定型，無數的太空碎片撞擊著不斷成長的行星。這些碎片是一把雙刃劍，有時，這種物質會落到行星的“胚胎”上成為行星成長的一部分，有時，它會毀滅這個未來的世界，總之能堅持到最後的行星都是一些“鍛造”過的行星。但是人類對於這些行星的具體形成過程仍然只是一知半解，現在，一項對這些“碎片碰撞”的新研究將有助於揭示行星在太陽系早期是如何形成的奧秘。

為此，科學家構造了一些極其複雜的行星模型，這些模型可以在幾天到數百萬年的時間尺度上對一個逐漸形成的行星所發生的一切行為做出解釋。並且這些模型必須時大略符合實際的發生狀況，比如所有來自撞擊者和目標的物質都完美地融合成一個單一的物體，這顯然是一個不切實際的事件，因為至少有一些碎片很可能被拋入太空並丟失。隨著科學技術的進步，這些模型也不斷在科學家的手裡逐漸進行升級和改造，越來越符合早期行星碰撞的過程。

事實上，在過去的十年中，科研計算能力的提高使得研究人員可已經以開始研究更真實的碰撞場景。現在，科學家們模擬了一場“驚險”的碰撞，即兩個物體擦身而過，甚至兩個行星胚胎撞在一起時可能發生的完全毀滅時的場景。這些不完美的“碰撞”不僅影響到行星的大小，而且有助於解釋它們的軌道。

來自俄克拉荷馬大學的行星建模專家馬特·克萊門表示：“在我們的模型中，考慮到撞擊後逃逸的影響和拋出碎片的引力擾動，我們可以得出更現實的地球和金星最終軌道！”

早期的行星之謎

我們知道太陽系一些巨大的行星如木星、土星、天王星和海王星等，這些行星在太陽系誕生後不久的舞軌跡仍然是一個謎。在過去，天文學家認為所有的行星都是在它們現在的軌道上形成的，但是當科學家第一次發現系外行星時就推翻了這個猜測，因為科學家們意識到行星通常在它們誕生後不久就會遷移。對太陽系的深入觀察表明，在它的早期生命中，一切還不是那麼穩定。柯伊伯帶的形狀，木星附近來自太陽系外的小的冰碎片的存在，以及火星的體積，這些都為外行星的誕生提供了證據。幾十年來，科學家們一直致力於收集有關行星起源的信息，以及它們在早期是如何相互作用的。

早期的研究表明行星是由恆星形成後遺留下來的氣體和碎片形成的。萬有引力把無數的碎片拉在一起形成了行星。一旦一個行星核形成，它就開始從周圍吞噬氣體，迅速膨脹。體積較小的巖質行星聚集氣體的速度較慢，與這些巨行星相比，它們的大氣層較小。但是當氣體消失，被行星吞噬或者被恆星輻射吹走之後會發生什麼呢？

2005年，研究人員提出，海王星和天王星在離太陽更近的地方形成，而海王星是這對行星中最內層的行星。這兩個人互相拉著，把他們往外拉，最終導致他們互換位置。一路上，他們從柯伊伯帶向內向較小的類地行星投擲冰冷的碎片。

最初，科學家們提出，這種軌道遷移發生在大約39億年前，也就是行星形成後的4.5億年。這一延遲將使向內拋擲的物質符合晚期重轟擊(LHB)時期，即41億至38億年前撞擊地球-月球系統的碎片數量激增的時期。但近年來，有證據表明LHB可能根本沒有發生。

LHB的想法最早出現在阿波羅時代，當時從月球表面不同地方採集的樣本似乎表明，所有的主要隕石坑都有39億年的歷史。我們知道行星形成的碎片的數量會隨著撞擊行星、墜入太陽或被噴射到星際空間而緩慢減少。所以，碰撞的集中峰值讓科學家們大吃一驚。

但是，對月球的更詳細的觀察，加上對樣本年代測定技術的改進，表明許多月球樣本可能只有一個來源。雖然宇航員從月球表面的幾個地區採集了樣本，包括死海熔岩平原和塞倫尼塔提斯火山，但現在看來，一次巨大的撞擊可能會將死海的碎片吹過月球表面，將碎片散落在月球表面。

在之前的一項研究中，科學家發現，這種後期的不穩定對類地行星來說不是好兆頭。岩石世界之間的碰撞經常摧毀它們，火星和水星也經常被拋出它們的軌道。隨著越來越多的證據表明，天王星和海王星的遷移幾乎是在氣體消失後立即發生的，科學家們隨即決定用更詳細的碰撞來模擬行星的形成。

我們知道當一個小物體撞上一個大物體時，幾乎所有的物質都可能會被這個龐然大物吞沒了。但是當兩個物體的大小比較接近時，這個問題就複雜了。兩者的撞擊很可能改變對方的軌道、體積等等一些重要的參數。比如在實際的太陽系中，類地行星——尤其是地球和金星——的軌道與預測橢圓軌道的形成模型的結果相比，明顯是圓形的，而且是共平面的。

通過研究碰撞碎片的軌跡，我們可以更好地重現地球和金星的低軌道偏心率和傾角，以及所有行星的推斷地質生長時間。接下來科學家計劃將這些撞擊與月球表面的撞擊相比較，希望為小行星帶的演化提供線索。