太阳系发现“宇宙闸门”：空旷空间阻止系内外物质混合

与太阳系以外的气态巨行星相比，离太阳最近的岩态行星由非常不同的物质组成。这可能是因为在数十亿年前，太阳系曾被一道“宇宙闸门”一分为二，正是这道闸门阻止了太阳系内外的物质混合。

根据一项新的研究，这道“闸门”其实是一圈尘埃和气体，更像是一圈围栏，研究作者将其称为“大分水岭”（Great Divide）。现在，这道闸门位于木星轨道之内，基本上是空旷的空间。

大约20年前，化学家们意识到，根据行星与太阳的距离不同，其基础组成部分——微行星或更小的太空岩石——的成分差别很大。构成外围类木行星的微行星中，有机分子（如含碳挥发物，或冰和气体）的浓度高于构成类地行星（如更接近太阳的地球和火星）的微行星。然而，这一现象很令人费解，因为在理论预测中，由于所谓的“气体阻力”，即年轻太阳周围气体的引力，来自太阳系外部的微行星应该会向太阳系内部螺旋运动。

在这项新研究之前，科学家认为“阻止初生太阳系内、外盘混合的引力墙是木星”。具体来说，由于木星如此之大，其引力如此之强，以至于在微行星到达太阳系内部之前，就被木星所吞噬，为了验证这一理论，研究者进行了计算机模拟，重现了早期太阳系及其中行星的增长过程。

模拟结果显示，木星的增长速度还不够快，不足以阻止所有富含碳的微行星进入太阳系内部。事实上，大部分来自太阳系外围的微行星都直接越过了正在成长的木星。木星是一个非常低效的“看门人” ，这就像一个多孔的边界，来自外太阳系的物质会通过这个边界涌入内太阳系，木星本身可能会让许多微行星通过，意味着太阳系内外的行星可能会有相似的成分。

于是，科学家提出了一种新的理论：在太阳系的早期，可能存在一个或多个环状结构，由围绕太阳的高、低压气体和尘埃交替组成。这些环会阻止微行星向太阳系内侧移动。这一假设的基础是智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的观测结果：大约五分之二的年轻恒星周围都有类似牛眼的圆盘。

这些高压圆盘可能已经捕获了大量尘埃，并使其聚集成不同的结构，比如有的可能形成了木星和土星，有的则形成地球和火星。莫吉兹西斯表示，其中某个圆盘可能阻止了外部微行星向太阳系内侧移动，从而形成“大分水岭”。即便如此，这个圆环也没有完全密封，使含碳的太空岩石进入太阳系内部，为地球上生命的出现提供种子。

不过，尽管作者的工作对以往的观点——木星的增长使太阳系内侧和外侧的固体物质分开——提出了挑战，但他们并没有给出同样详细的环模型，这个环模型需要演示微行星是如何被捕获的，以及这些被捕获的微行星如何成长为行星。在此之前，相比其他可能的解释，这个环模型并没有非常强的说服力。这项新研究的结果发表在1月13日的《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上。