太阳系有多少是由外来物质构成的：“少之又少”

北京时间 10 月 26 日消息，据国外媒体报道，在太阳系中探测到的星际天体引发了一个有趣的问题：太阳系有多少是由外来物质构成的？而新研究发现，答案是"少之又少"。

▲ 哈勃望远镜在 2019 年 10 月 12 日拍下了这张鲍里索夫彗星的照片

天文学家目前只探测到了两位星际间来客：一位是 2017 年发现的、难以分类的"奥陌陌"；另一位是此后不久发现的彗星鲍里索夫。这两个天体在空旷的星际之间往往需要飞行数万年之久，相比之下，它们在太阳系里待的时间相对较短，只有几年而已。

它们的来访让人们不禁思考，有多少个这样的星际天体正在从银河系中穿过呢？如果太阳系是由它们飞过时产生的碎片形成的，那么这个数字很可能多达成千上百万亿。但这个想法又引发了另一个问题：太阳系有多少成分是"本地物质"，又有多少是由被捕获的太空垃圾构成的呢？

到目前为止，我们尚未探测到任何围绕太阳旋转的系外天体。最接近这一描述的只有由细小的尘埃碎片构成的微流星体。但探测不到并不意味着它们不存在，也许真的有一些外来岩石蛰伏在暗影中。我们连小行星带中大型石块的分布都还没有弄清楚，更别提太阳系外层的柯伊伯带了，后者要遥远得多，观测难度自然也大得多。

但若想在这些石块中逐块寻找外来小行星或彗星，将是个极其痛苦而缓慢的过程。如果我们不知道外来岩石的出现概率，难度更是无法想象。

是去是留？

在一项发表在论文预印网站 arXiv 上、且已经由《行星科学期刊》接收的新研究中，研究人员试图对被捕获进入太阳系的星际间天体数量进行估测，并监测它们在太阳系中停留的时长。

研究人员开展了大量计算机模拟。他们研究了 276691 个从各种方向、以各种速度进入太阳系的天体的行为，然后对这些模拟天体过去 10 亿年间的演化过程展开追溯。

他们发现，大多数星际间天体在太阳系里都不会存活太久。如果它们进入木星轨道以内、开始围绕太阳旋转，就很可能与木星"近距离接触"，结果要么被木星吞食，要么被甩出太阳系。而如果外来天体的轨道平面接近其它行星，也有可能在这些太阳系原始成员的引力合并作用下，被甩出太阳系。

虽然有些外来天体在太阳系里成功停留了数百万年，但也也并不意味着它们就在这里定居了。当它们被太阳捕获时，它们的轨道往往又细又长。我们可能要让这些天体沿着轨道转上好几圈，才能看清它们是否会在这里长期生活下去，一百万年就这么过去了。

最后的结论是，外来天体很难在太阳系中长时间停留下去。在超过 27 万个模拟天体中，只有 13 个停留了 5 亿年以上，超过 10 亿年的更是仅有 3 个而已。

披着羊皮的狼

既然我们已经得出了"外来天体在太阳系中待不长"的结论，还剩下另一个问题还没有解决：有多少天体正在从太阳系中穿过。如果这个数字很大，那么尽管"存活率"不高，太阳系中仍然会充满星际来客。

以下估测有点推断的成分在里面，因为它主要基于行星形成模型、以及从"奥陌陌"和鲍里索夫彗星身上搜集到的极其有限的信息。

太阳开始成形时是被围嵌在一个巨大的恒星星团中的。由于太阳当时离其它正在形成的恒星（以及行星系）很近，捕捉到外来物质的几率比现在大得多。研究人员估测，太阳在诞生期捕获的天体质量相当于地球的 1000 分之一，可以形成六颗像矮行星谷神星那么大的小行星。而在太阳系诞生后的数十亿年间，每年都会遇到几颗像"奥陌陌"和鲍里索夫彗星这样的外来天体。

总的结论是，太阳系中不会有许多外来物质。据研究人员估算，太阳系在形成期从外来天体身上捕获的物质质量只有地球的 10 亿分之一，在此之后捕获的量还要再减少一千倍，勉强只够形成一颗直径 10 公里的小行星。

这一研究结果有两大重要意义。首先，由于外来天体实在太过罕见，我们不需要花费精力去寻找它们；其次，认为生命可能源自它处、后被带至地球上的"泛种论"其实站不住脚，因为能够飞过星际空间、来到太阳系、进入稳定轨道、然后撞上地球的物质实在太少太少了。