太阳系似曾被强行重组，并以极低的概率演化成了今天这个样子

天文学家数来数去都觉得不对劲：太阳系里肯定少了什么东西。

天王星和它的五个大卫星。但在“平行宇宙”中，它可能连一个卫星也没有。NASA / Johns Hopkins APL / Mike Yakovlev

天文学家数来数去都觉得不对劲：太阳系里肯定少了什么东西。

太阳系在其45亿年的演化史上，曾经拥有过至少比今天多一颗的行星——这实际上已经是一个存在了多年的推测。而现在，新的研究结果表明，这颗失踪已久的行星留下的证据可能就在我们眼皮底下。

在大约30亿至40亿年前，太阳系巨行星不但轨道比今天更靠近太阳，它们相互之间的距离也要比今天近。天文学家认为，木星、天王星、土星和海王星是在彼此引力的一系列相互作用下，才逐渐转移到今天位置上的。

近日以约翰·霍普金斯大学行星科学家Matthew Clement为首的一个科研团队通过模拟，探索了行星之间的引力相互作用对木星和天王星卫星的影响。模拟结果表明，木星和天王星的卫星之所以能够幸存下来，可能得益于一颗已经不复存在的巨行星。

研究人员针对早期外太阳系的演化进行了122次模拟。在不同的模拟中，行星的初始组合和迁徙模式各不相同。通过这样的模拟，人们希望发现哪些行星组合和迁徙模式，能够产生与今天实际情况相似的外太阳系结构。

在模拟中，研究人员重点关注了木星和天王星的卫星。在重建受巨行星引力影响而发生改变的小行星等小天体轨道过程中，这两颗巨行星的卫星可以提供极佳的线索。因为它们在太阳系演化史上的大部分时间里，基本上都维持在当前的轨道上。木星的很多卫星处于轨道共振中，这种共振的存在，表明这些卫星在很长时间内都处于相互之间的轻微牵扯中；与此同时，存在于它们表面的陨石坑也表明这些木卫非常古老。

韦布太空望远镜拍摄的木星、木星环和两颗木卫。NASA / ESA / CSA / Jupiter ERS Team / Ricardo Hueso (UPV / EHU) / Judy Schmidt

模拟结果表明，木星和天王星的卫星如此之多其实是一个小概率事件。木星的卫星只有不到15%能够经历巨行星的迁徙而幸存下来；而天王星卫星的幸存率更是只有大约9%。有时候对一部分卫星有利的情况，往往会对另一些不利。

在模拟中研究人员发现，如果给太阳系增加两颗与天王星类似的冰巨星，木星的卫星幸存概率会比较高；而如果只增加一颗冰巨星，木星和天王星的卫星能够同时幸存，但概率仅有大约1%。最终人们发现，只有在两种情况下，这两颗行星的卫星才都能幸存至今，而这两种情况都指向太阳系在最初阶段曾经拥有一颗额外的冰巨星。

研究人员表示，太阳系在其演化过程中充满了极端罕见的高度不稳定性，具体表现为天体之间的剧烈碰撞和复杂多变的轨道迁徙等。而模拟结果揭示了可能性最大的一种情形——太阳系在其演化之初拥有5颗巨行星——比今天多一颗。这颗多出来的巨行星是冰巨星。

在太阳系诞生后大约10亿年时，木星迁徙到了距离这颗冰巨星仅700万千米处，如此近的距离导致这颗冰巨星被加速到了逃逸速度，从而永远地离开了太阳系。

这颗消失的冰巨星可能今天依然在寒冷而孤寂的某处星际空间流浪。但它的被逐，并非木星和天王星卫星能够幸存的原因。反而是它的曾经存在，才是改变这些卫星命运的关键。

这颗冰巨星的存在，曾经微妙地改变了其他四颗巨行星的迁徙轨迹。比如它使得天王星多次避免了与其他巨行星发生近距离接触，同时也使这段时期变短。

而这颗冰巨星和木星的接触，虽然会扰动其卫星轨道，却还不至于使它们相互碰撞，或者离开木星进入行星际空间。

天王星和它的卫星可能遭遇过两次重大变故——第一次是遭到了某个巨大天体撞击，这导致天王星整个侧翻，变成了躺着运行的行星；第二次则发生在巨行星的迁徙期间。不过这两次事件的强度都不足以彻底摧毁天王星的卫星系统。

研究人员表示，模拟中最重要的参数是冰巨星的数量。这样的模拟有随机性，并不能精确重现实际情况，只是大致接近。但它强烈暗示，太阳系历史上可能确实存在过一颗今天已经消失了的行星。

王王星和它的部分卫星。NASA / ESA / STScI / Christian Soto (STScI) / Joseph DePasquale (STScI)

参考

The fragility of the Uranian moons during the giant planet instability

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103526001223