大迁徙假说

title: 叙述.
content: 在大迁徙模型中,木星在形成后经历了两阶段的迁移,在向内迁徙到1.5天文单位之后,逆转航向向外迁徙。木星大约在3.5天文单位的雪线附近形成,在清理出气体盘中的空隙之后,木星经历II型迁移与气体盘一起缓慢地朝向太阳移动。如果未被打断,这种迁移会使木星像在其它行星系统中发现的热木星一样,在接近太阳的轨道上运行。土星也朝向太阳迁移,但是因为越小迁移的速度越快,它的迁移可能是I型迁移或失控的迁移。土星在与木星轨道是2:3的平均运动共振上被木星捕获。在木星和土星周围气体盘面上的空隙形成重叠,改变了这些正在一起迁徙的行星之间的力量平衡。土星局部的清除了他的部分空隙,减少了外盘施加在木星上的扭距。在行星上的净扭距因而变成正值,由内部的林达博共振所产生的扭距超过了外部的盘面,行星开始向外迁移。由于行星间的相互作用使气体流经缝隙,所以向外的迁移能够继续。当行星经过时,气体与行星的角动量交换,增加了扭距的正平衡,并将盘面外侧的质量转移到盘面的内侧,使行星能够相对于盘面向外迁移。气体转移到盘面的内侧,也减慢了因为盘面内侧质量若入太阳而相对于外侧盘面的减少。否则会因为削弱了内部的扭距,从而结束行星向外的迁移 。在大迁徙假说中,这个过程被假设发生在木星向内迁移至1.5天文单位时被逆转。如果盘面是开展的,木星和土星会继续向外迁移,直到他们达到稳定的平衡;或者气体圆盘消散,木星和土星就应该停留在现在的轨道附近。
title: 大迁徙假设的范围.
content: 这个假设可以适用于太阳系中的许多现象。
title: 火星问题.
content: 木星的大迁徙限制了火星形成可以用的材料,解决了火星的问题。火星问题是类地行星形成的一些模拟上的矛盾,在开始时星子分布在整个内太阳系,在这个区域的行星质量应该在0.5-1.0地球质量,比火星的实际质量,0.107地球质量大得多。木星向内的迁移改变了这种质量的分布, 驱动了星子朝内移动,在1.0天文单位之处形成了一个狭窄的材料密集与混合的区域,留下几乎是空的火星区域 。行星胚胎在狭窄的带状区域迅速形成,之后大量的碰撞和合并形成大质量的类地行星(金星和地球),还有些则散射到这个区域之外。 这些散射掉的行星胚胎,被剥夺了增长的材料而减缓了它们的成长,形成低质量的类地行星:火星和水星。
title: 小行星带.
content: 木星和土星在迁徙期间从最初的轨道上驱逐了大多数的小行星,留下的是在其内侧和外侧被激发后的残余。在迁移之前,周围的区域由与太阳距离不同的小行星组成。岩石的小行星主宰了内部的区域,而更原始和冰冷的小行星则主宰了雪线以外的周边区域。当木星和土星向内迁移时,15%的内侧小行星被散射至土星之外的轨道上。逆转航向后,木星和土星先遭遇到的这些天体,大约有0.5%的原始族群被向后散射至稳定的轨道上。后来,当木星和土星迁移至周边区域时,大约0.5%的原始小行星被散步到小行星带的轨道上。与木星和土星的遭遇,留下了许多有着高轨道倾角和轨道离心率的被捕获小行星。一些冰质的小行星也被留在稍后形成类地行星的区域,就像含冰的小行星撞击它们一样,让水能被运送到共生的行星上。
title: 后续发展.
content: 太阳系中没有轨道很靠近的超级地球,可能是木星向内迁移的结果。当木星向迁移时,星子在平均运动共振中被捕获,导致它们的轨道收缩,轨道离心率也增加。随之而来连绵不绝的碰撞,因为它们的相对速度变得够大,产生灾难性的影响。由于在气体盘中被拖拽,因此产生的碎片会以螺旋路径墬入太阳内。如果早期的太阳系中有超级地球,它们就会在共振中捕捉到大部分的碎片,并可能在前方被驱进太阳内。当木星反转航向时,现在的类地行星才从留下的星子中形成。然而,如果碎片结合成较大的物体,减少了气体的阻力,迁移靠近太阳的超级地球就可以避免轨道进入太阳内;如果行星盘内有空腔,它们向内的移动可能会在边缘附近停止。  土卫六泰坦的周围有浓厚的大气层,木卫三和木卫四的周围也有大气层的存在,可能是它们的形成与大迁徙的时间有关。如果木卫三和木卫四形成在大迁徙之前,它们的大气层将会因为木星移动靠近太阳而失去。然而,对于泰坦而言,要避开土星的I型迁移,它一定是在大迁徙之后才形成,所以才有大气层的存在。  巨型行星通过小行星带的迁移产生了撞击速度的峰值,这可能导致CB球粒陨石的形成。CB球粒陨石是金属量丰富的碳质球粒陨石,富含铁镍结节,是在4,800±300万年前的冲击融化后形成的第一批固体。这些金属的汽化需要每秒大于18公里的高速撞击,这远远大于标准吸积模型最大12.2公里的时速。木星在小行星带的迁徙增加了小行星的轨道离心率和轨道倾角,引发了周期50万年,速度足以使金属蒸发的撞击。如果CB球粒陨石的形成是由于木星的迁移,它将发生在太阳系形成后的450-500万年。  继大迁徙之后,来自类地行星的摄动和尼斯模型的不稳定性改变了剩余小行星的轨道分布。造成的轨道离心率和轨道半长轴分布与当前的小行星带相似。一些低轨道倾角的小行星被移除,留下的是与目前的小行星带比较略为偏激的小行星。  最近,从一个狭窄的环形环带形成行星的建模表明火星的快速成长。如果寡头成长阶段结束在多数胚胎行星的大小与火星相似,且星子占的比例不大时,月球形态大小的撞击,是形成月球和地球质量再增生的最佳时期。在这个剧本下,月球是在6000万至1亿3000万年之间的撞击下形成的第一个固体。  与其它胚胎行星的接触可能使围绕着火星的盘面不稳定,从而减少了形成火星形成的卫星质量。在火星与其它的行星接触后,它继续与其它的天体相遇,直到行星完全清除内太阳系的物质。虽然这些相遇使火星轨道于其他行星脱钩,并且维持在一个稳定的轨道上,但它们也可能扰乱了形成火星卫星的物质盘面。这些扰动导致物质逃离火星的轨道并撞及其表面,从而减少了盘面的质量,因而形成较小的卫星。  利用包括黏性加热和胚胎行星迁徙在内的行星盘模拟类地行星的形成,显示木星的迁徙可能在2.0天文单位之处逆转。在模拟中,胚胎行星的轨道离心率是受到木星扰动激发的。当这些离心率受到最近的模型中密集的气体盘阻尼时,胚胎行星的半长轴减缩,固体物质密度的峰值向内移动。为了模拟木星的迁徙在1.5天文单位处反转,导致质量最大的类地行星在金星轨道的附近形成,而不是在地球的轨道上。相反的,木星在2.0天文单位处折返的模拟结果更接近目前的太阳系。  如果火星的成分和金星与地球不同,那么火星的沉积物生成一定是在大迁徙形成的狭窄物质环外发生的。在由大迁徙形成的环中成长的行星,在长成后会有相似的成分。如果大迁徙发生的时间较早,成为火星的胚胎相对较小;如果它是向外散射而不是像小行星向内,火星就会有不一样的组成分。发生这种情况的几率大约是2% 。  后来的研究表明,在渐渐消退的太阳星云中,土星和木星迁徙的汇聚轨道不太可能建立3:2的平均运动共振。取代支援更快的失控迁徙,星云的条件导致土星的迁徙速度减慢,并在2:1的平均运动共振中被捕获。在2:1的平均运动中捕获的木星和土星通常不会逆转迁徙的方向,但可以确定在特定的星云结构下,可能会推动向外地迁移。然而,这些配置往往会激发木星和土星轨道离心率的数值,其值介于实际值的三倍之大。同时,如果气体的温度和粘滞度允许土星产生更深的缝隙,由此产生的净扭矩会再次变为负值,从而导致系统的向内迁徙。  大迁徙的剧本忽略了在木星和土星上不断累积的气体。事实上,为了推动向外的迁徙和移动行星接近它们目前的轨道,太阳星云必须包含足够的天然气体库围绕着这两颗行星的轨道。然而,这种气体将提供一个吸积的来源,会影响木星和土星的生长和质量的比率。 能在3:2 的平均运动共振中捕获的星云密度类型对两个行星的生存特别危险,因为它可以导致值得注意的大质量行星生成,和行星-行星的散射。但是,导致2:1平均运动共振系统的条件也可能使行星处于危险之中。在两颗行星上的气体堆积也会减少对内盘的供给,从而降低对太阳的吸几率。这个过程的工作是消耗盘面在木星轨道内侧的部分气体,削弱了木星的扭矩产生的内部林达博共振,并可能结束行星的向外迁移。
title: 拥护者.
content: 在2014年,第45届月球和行星科学大会,Seth A. Jacobson、Alessandro Morbidelli、D. C. Rubie、Kevin Walsh、David P. O'Brien、Sean Raymond、S. Steart和S. Lock共同发表标题为"行星形成于内部大迁徙的模型",说明从大量的N体数值类比的类地行星形成过程的结论。

Summary: 大迁徙假说(英语:"Grand tack hypothesis",或译大航向假说)是行星天文学的议题,认为木星在距离太阳3.5天文单位之处形成以后,在其因捕获土星的轨道共振而发生轨道变化的逆转之前,曾经迁移到1.5天文单位。最终停止在5.2天文单位之处。木星迁徙的轨道逆转路径被比喻为帆船的改变航向(逆风行驶)。

Grand tack hypothesis: In planetary astronomy, the grand tack hypothesis proposes that after its formation at 3.5 AU, Jupiter migrated inward to 1.5 AU, before reversing course due to capturing Saturn in an orbital resonance, eventually halting near its current orbit at 5.2 AU. The reversal of Jupiter's migration is likened to the path of a sailboat changing directions (tacking) as it travels against the wind.