大碰撞-行星的剧烈诞生过程

大碰撞是如何影响太阳系行星形成的？

在天文学家眼中，行星的起源仍然是一个不太清晰的过程。

在原始行星盘上两个天体的碰撞示意图(图片来自盖蒂图片社的科学类图片，贡献者：麦克•格里克)

“行星的形成，涉及到一些实实在在的物理过程”。这是最近一篇论文提出的观点，它探讨了大型碰撞事件对行星形成的重要意义。

目前天文学家对行星的起源过程仍然不太明确。最初，一个恒星系统除了恒星本身，剩下的只是围绕恒星旋转的一堆气体和尘埃。然后一些气体通过初步合并形成行星的“种子”。

行星的起源来自恒星周围的尘埃和气体（图片来自网络）

上百万年过去后，无数的“种子”进一步合并、增大，并开始吸引附近的物质。然后到达某种临界阶段：形成数千颗到几百万颗的“微行星”，它们围绕着恒星旋转，每一颗大小都只有几百公里。

无数的行星种子（图片来自网络）

这些“微行星”通过进一步碰撞和融合，最终形成原始态的行星。但即使完成这个过程，这种剧烈运动仍未结束。至于下一步会发生什么，这引起了天文学家的激烈争论，最近有一篇发表的文章《大型碰撞在行星形成过程中的角色》，对此进行了总结。

即使在今天，行星依然在不断遭受撞击，只不过大部分都属于小型撞击，虽然碰撞能量很大，最终也只是在行星表面留下一个陨石坑。而大型碰撞事件虽然更罕见，其释放能量却远大于一般的碰撞，这种碰撞发生在两颗相近质量的行星之间。这种碰撞将彻底的重新塑造行星，改变其命运，甚至影响行星的宜居性。

比如，很多天文学家相信我们的月球是源于一次巨大的碰撞 - 一个火星大小的天体撞击了地球。这次碰撞摧毁了闯入天体，同时也导致地球的地壳蒸发了相当大的一部分，将其抛向轨道，最终又合并形成新天体，就是我们的月球。没有这次大型碰撞，我们就不会有这样大的一个月球，而这次碰撞对地球上的生命产生至关重要，因为月球使得地球地轴的倾斜在几十亿年中保持了稳定。

一次巨型碰撞导致月球形成（图片来自网络）

另一方面，大型碰撞事件也可能是毁灭性的。以水星为例，其最初大小很可能比现在大得多，几乎是当前尺寸的2倍。但是一个地球质量大小的天体碰撞摧毁了其地幔，在经历蒸发之后，水星就再也无法回到当初的大小了。两颗原始行星的内核在融合之后，使得新生的水星拥有了一个大得多的新内核。科学家们这样推测，正是因为发现水星当前的内核大小明显超出了水星本来应该具有的内核尺寸。

这种剧烈碰撞不仅局限于太阳系内侧。让我们看看天王星的情况：位于小行星带外侧的天王星具有严重的倾斜，它几乎是“躺”在公转轨道上的，天王星的卫星绕行轨道则与太阳系的平面垂直。造成这种现象的一个可能的原因，就是曾经发生过一次大的碰撞：一个2-3倍地球质量的天体撞击了天王星，在其侧面产生剧烈的撞击，然后将碎片抛向附近的轨道，形成天王星的一系列卫星。

天王星和地球的自转轴角度差异，可以看出天王星几乎是“躺着”围绕太阳运转的（图片来自网络）

在碰撞的简单模型中，是假定撞击者被合并到被撞击的行星中，并增大了后者。此外，作者也描述了一些更复杂的撞击情形：最常见的撞击事件是一个“撞完就跑”的场景，撞击者倾斜撞向行星，损失其部分物质，但是最终能够独立幸存下来。

尽管如此，两颗行星一旦发生撞击，它们的轨道就会永久发生改变，并且很可能会再次发生撞击。在几百万年中的一系列“撞完就跑”事件后，被撞击行星的地幔质量会不断增大，而撞击者的外层物质逐渐剥离。

由于无法回退时间，我们永远无法准确的了解整个太阳系的形成过程，因此我们也无法完全确定大型撞击事件对行星形成过程的影响。但是随着我们对碰撞过程的深入研究，我们会对行星的多样化演变结果有更深入的理解。

这种理解对于我们在星系中搜索移居行星是非常重要的，因为像类地行星的罕见也许和激烈的行星形成过程有密切关系。