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第36章 偶尔“打喷嚏”的行星:太阳系“混沌”现象之谜

法国巴黎高等师范学校和美国洛杉矶加利福尼亚大学的米夏埃尔·吉尔说:“数亿年来,行星一直以发条似的规则性围绕太阳运转,但是某一天,在没有任何警告的情况下,一切都会彻底陷入混乱。”

太阳系发疯并非玩笑

按照通常看法,宇宙是遵守规则的典范。但吉尔和他的同事、洛杉矶加利福尼亚大学的费伦茨·瓦拉迪及布鲁斯·朗内加认为,太阳系最近一次“发疯”的时间大约在6500万年前。“这看来太像是巧合,”吉尔说,“我们认为,恐龙的灭绝或许与这有关。”

吉尔等人谈论的这种行星发疯的现象被称作“混沌”。混沌是指没有任何规律可循的无常运动。不太严谨地说,混沌系统对初始条件极其敏感,一个老套的比喻是:就好像加勒比海的飓风是远在夏威夷的一只蝴蝶扇动翅膀引起的。

但人们不知道,在太阳系中,最重要的混沌驱动者是木星和土星,因为它们是质量最大的两颗行星。因此,吉尔和同事们在研究行星的混沌运动时就把焦点放在这两颗行星上。其实,木—土系并非本来就是混沌系统。但是,它们会滑向混沌的边缘。因此就存在这样的可能性:某种情况可能使这个系统失去平衡,陷入疯狂。

木星土星“合谋”祸事

吉尔和同事们考虑了这样一种可能性:“某种情况”或许就是太阳光和从太阳吹来的、由亚原子粒子组成的太阳风引发太空压力起伏。

在数亿年的过程中,这两者的合力可能对土星轨道产生明显作用。他们猜测,太阳的可变性或许使土星的“半长径”(土星围绕太阳运转的椭圆轨道周长的某种量度)偏离0.1%。

利用计算机模拟太阳系演变图景的研究人员此前一直认为,这种影响无足轻重。他们猜测,经过漫长的岁月,木—土系的影响就会“达到平衡”。吉尔说:“但我们有一种直觉,情况并不是这样。”吉尔和同事们在使用数字太阳系仪时考虑了这种影响。他们发现,随着土星半径和长径的变化,木—土系的运行方式就会一会儿规则,一会儿混乱。他说:“这个系统每隔几千万年就会陷入混乱。”

恐龙遭遇天文大混沌

吉尔最重要的发现是,多种多样的模拟(在这些模拟中,土星的半长径可以变化)都显示,距今约6500万年以前曾突然出现一次天文大混沌。吉尔说:“这一混乱现象出现的时间与白垩纪和第三世之交达到惊人的吻合——正是在这一时期恐龙灭绝了。”

吉尔说,到目前为止还无法判断这场混沌持续的时间。但是,研究这种混乱现象对太阳系其他天体(特别是小行星)的影响却是可能的。

吉尔说:“木—土系陷入混沌状态时,小行星会受到多种影响。最重要的影响是,小行星轨道的半径、长径出现突变,这最终会导致小行星带中的天体向外喷发。”在这些天体中,有些很可能撞入地球。

吉尔说,6500万年以前或许就发生了这种情况。“木—土系突然陷入混乱,产生一群轨道与地球轨道相交的小行星。其中一颗撞入中美洲附近的海域,由此产生的冲击使恐龙灭绝。”

下一次危机:公元3000万年

如果吉尔他们是对的,那么恐龙的灭绝就不能完全说是偶然事件。当它们在无忧无虑地生活时,太阳系这个巨大的时钟突然出了毛病。导致恐龙灭绝的事件可能与太阳系的动力学特性密切相关。吉尔说:“它们或许不是唯一的受害者。”

吉尔等人所做的模拟显示,还有一次行星混沌现象大约出现在25亿年前。根据他们的研究,太阳系在数亿年中静悄悄地发展变化,但偶尔也会做出疯狂的举动。过去发生的情况也可能在未来发生。他们的模拟试验表明,未来还会发生混沌现象。不过吉尔说:“我不会为此睡不着觉。预期的日子是在公元3000万年,所以我们还有足够的时间从地球上撤走!”

知识链接:木卫伊奥

木卫可分为三群:最靠近木星的一群有16颗。木卫一伊奥,是16颗卫星中最著名的一颗,离木星很近,平均距离约42万千米。

它的体积并不是很大,直径约3630千米,密度和大小与月球相当,呈球状,整个表面光滑而干燥,有开阔的平原、起伏的山脉和长数千千米、宽百余千米的大峡谷,还有许多火山盆地。它的颜色特别的鲜红,比火星还红,可能是太阳系中最红的天体,上空由稀薄的二氧化硫大气及钠云所包围,并有很频繁的火山活动。

“旅行者1号”探测器在木卫一的表面共发现了9座火山,火山的喷发高度为70~300千米,喷发速度平均每秒1000米,比地球火山爆发大。这些火山不断地喷出由二氧化硫组成的烟,降落在木卫一的表面,木卫一表面温度是-150℃左右,而火山周围大约17℃。这些烟是木星磁层中许多粒子的主要来源,也就是木星磁层中辐射带最强的部分。

木卫一是迄今在太阳系中所观测到的火山活动最为频繁和激烈的天体,也是航天探测器在地外观测到的第一个有火山活动的天体,木卫一的火山活动剧烈是因为后方的木卫二与前方的木星对木卫一的引力产生的潮汐作用很强,前拉后扯使木卫一内部的物质不断的翻搅,就像一个要被扯破的汤圆一样。

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