科学探索|科学家发现地球金星“两兄弟”在碰撞中成长科学家发现地球金星“两兄弟

据美国亚利桑那大学最新消息，该校与德国科学家合作的一项新研究表明，行星的形成过程可能比大多数科学家愿意承认的还要复杂和混乱。如今整齐、独特的球形行星是由起伏不平的小行星和迷你行星组成的漩涡云形成的。

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艺术家绘制的两个巨大天体碰撞场景。图片来源：NASA/JPL-Caltech
这些发现对传统观点提出了挑战。传统观点认为，较小的天体之间的碰撞会导致它们黏在一起，随着时间推移不断碰撞，吸收新的物质，形成成长的小星球。
相反，两位作者提出并证明了一种新的“碰撞-逃逸-返回”场景。在这种场景中，行星形成前的天体在穿越太阳系内部的大部分旅程中都在相互撞击和反弹。在第一次碰撞时，它们的速度减慢了，下一次碰撞时它们更有可能粘在一起。就像一场台球游戏，球渐渐静止。
9月23日发表在《行星科学杂志》的两项论文，其中一篇关注金星和地球，另一篇则关注月球。根据该校行星科学教授Erik Asphaug的说法，这两篇论文的核心聚焦一个很大程度上没有被认识到的观点，即单独天体撞击并不会形成科学家认为的有效合并。
“我们发现，大多数天体撞击，即使是相对‘慢’的撞击，都是撞了就跑。这意味着，如果两颗行星要合并，通常首先必须在碰撞后逃逸的过程中让它们减速。“把撞击，比如月球的形成，看作一个单独的事件可能是错误的。更有可能是连续两次碰撞。”
其中的一个暗示是，尽管金星和地球在太阳系内部是近邻，但它们的成长过程有非常不同的经历。这项研究发现年轻的地球会减缓行星的速度，最终使它们更有可能与金星相撞并粘附在金星上。“我们认为，在太阳系形成期间，早期的地球充当了金星的先锋。”论文第一兼通讯作者、德国路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学的Alexandre Emsenhuber说。
【科学探索|科学家发现地球金星“两兄弟”在碰撞中成长】

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按比例显示太阳系内的类地行星。根据“后期吸积”理论，火星和水星（前左和右）是原始胚胎碰撞后留下的，金星和地球则是在一系列巨大的撞击中成长起来的。新研究集中在天体碰撞“撞后逃逸”带来的效应方面，认为原地球（后左）充当了一个“先锋”，在“撞后逃逸”碰撞中减慢行星大小的天体的速度。但最终吸积它们的往往是原金星（后右），这意味着金星更容易从太阳系外获得天体。图片来源：NASA
太阳系就是科学家所说的“重力井”，游客将硬币扔进漏斗形的重力井中，然后看着硬币绕轨道运行几圈，落入重力井中心。行星离太阳越近，其引力就越强。这就是为什么研究关注的太阳系内的行星水星、金星、地球和火星，绕太阳的轨道比木星、土星和海王星等要快。因此，一个物体离太阳越近，就越有可能停留在那里。
Asphaug解释说，当一颗闯入地球的行星撞击地球时，它不太可能粘附在地球上，反而更有可能最终落在金星上。“地球就像一个盾牌，为抵御这些行星的冲击提供了第一站。”他说，“更有可能的是，一颗从地球上弹回来的行星会撞击金星并与之合并。”
Emsenhuber用球从楼梯上跳下来的类比来说明“先锋效应”：太阳系外的天体就像一个球从一组楼梯上跳下来，每一次反弹都代表着与另一个物体的碰撞。
“在这个过程中，球失去了能量，你会发现它只能向下弹跳，而不是向上弹跳。”他说，“因此，这个天体再也不能离开太阳系内部了。同理，你通常只会下楼朝金星方向走，而与金星相撞的天体会停在太阳系内部，在某个时候它会再次撞击金星。”