巨型球体曾入侵并改变太阳系，然后又神秘消失

这次事件永久性地改变了太阳系的外貌。

入侵太阳系的天体质量可能相当于8个木星。NASA / JPL

近日一些天文学家称，一个行星般大小的天体可能侵入过太阳系，且永久性地改变了木星、土星、天王星和海王星的轨道。这也许可以解释为什么今天这些行星的轨道都有一些奇怪的特征。

尽管天文学家对太阳系行星的形成过程有不同看法，但大部分理论都认为，行星理论上都应当环绕太阳在近正圆轨道上运行，且每颗行星的轨道平面应当是重合的。然而事实上已知的八大行星轨道都不是正圆的，而且它们的轨道平面也不重合。这种差异可以粗略地用受到扰动来解释，但是如果要作出确切的解释却并不容易。

一直以来，针对这一差异的解释主要集中在行星之间引力的相互作用方面，但是这些假说与实际观测到的细节并不全然相符。

近日一些来自亚利桑纳大学的天文学家针对一种较为罕见的可能性进行了研究。他们认为，在大约40亿年前，太阳系可能受到过外来大型天体的入侵。

研究人员在计算机中模拟了5万种外来天体侵入太阳系的情景，每种情景延续时间超过2000万年。在这5万种情景中，入侵天体的质量、速度和到达太阳的最近距离各不相同。研究人员还通过分析比恒星质量小的天体——比如质量接近木星的天体，以及一些较为极端的可能性——比如入侵天体曾经到达距离太阳20个天文单位（1个天文单位=1个地球和太阳的平均距离）以内的地方，来拓展研究范围。

模拟产生结果中的大部分与今天太阳系的实际情况不一致。但研究人员发现，在大约1%的模拟结果中，太阳系巨行星的轨道受到了影响，并最终变成了与今天实际情况相近的样子。

这些入侵者都能够长驱直入太阳系，跨越天王星轨道，有一些甚至到达了水星轨道附近。它们质量都相对较小，在2个木星至50个木星质量之间。它们大多可能是行星，有些可能是褐矮星（比如质量较大的那些）。褐矮星由一种由于质量偏小而内部核聚变未能成功引燃的恒星胚胎演化而来的特殊天体。

研究人员随后又追加了1万次将类地行星考虑在内的模拟，结果发现那些能够影响巨行星轨道的入侵，也都能复现太阳系今天的整体外貌。其中最符合实际的一种情景是，曾有一个质量大约相当于8个木星的天体进入到了距离太阳仅1.69个天文单位的地方。这个距离仅比今天火星和太阳的平均距离（大约1.5个天文单位）稍远一些。

研究结果表明，可能只需一次亚恒星——质量小于最小恒星的天体入侵，太阳系巨行星的轨道就会被改变。鉴于宇宙中这类亚恒星天体的数量比恒星多，因此是它们而非恒星入侵太阳系的可能性更大一些。

参考
A substellar flyby that shaped the orbits of the giant planets
https://arxiv.org/html/2412.04583v1