天文學家數來數去都覺得不對勁：太陽系里肯定少了什么東西。

天王星和它的五個大衛星。但在“平行宇宙”中，它可能連一個衛星也沒有。NASA / Johns Hopkins APL / Mike Yakovlev

天文學家數來數去都覺得不對勁：太陽系里肯定少了什么東西。

太陽系在其45億年的演化史上，曾經擁有過至少比今天多一顆的行星——這實際上已經是一個存在了多年的推測。而現在，新的研究結果表明，這顆失蹤已久的行星留下的證據可能就在我們眼皮底下。

在大約30億至40億年前，太陽系巨行星不但軌道比今天更靠近太陽，它們相互之間的距離也要比今天近。天文學家認為，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，才逐漸轉移到今天位置上的。

近日以約翰·霍普金斯大學行星科學家Matthew Clement為首的一個科研團隊通過模擬，探索了行星之間的引力相互作用對木星和天王星衛星的影響。模擬結果表明，木星和天王星的衛星之所以能夠幸存下來，可能得益于一顆已經不復存在的巨行星。

研究人員針對早期外太陽系的演化進行了122次模擬。在不同的模擬中，行星的初始組合和遷徙模式各不相同。通過這樣的模擬，人們希望發現哪些行星組合和遷徙模式，能夠產生與今天實際情況相似的外太陽系結構。

在模擬中，研究人員重點關注了木星和天王星的衛星。在重建受巨行星引力影響而發生改變的小行星等小天體軌道過程中，這兩顆巨行星的衛星可以提供極佳的線索。因為它們在太陽系演化史上的大部分時間里，基本上都維持在當前的軌道上。木星的很多衛星處于軌道共振中，這種共振的存在，表明這些衛星在很長時間內都處于相互之間的輕微牽扯中；與此同時，存在于它們表面的隕石坑也表明這些木衛非常古老。

韋布太空望遠鏡拍攝的木星、木星環和兩顆木衛。NASA / ESA / CSA / Jupiter ERS Team / Ricardo Hueso (UPV / EHU) / Judy Schmidt

模擬結果表明，木星和天王星的衛星如此之多其實是一個小概率事件。木星的衛星只有不到15%能夠經歷巨行星的遷徙而幸存下來；而天王星衛星的幸存率更是只有大約9%。有時候對一部分衛星有利的情況，往往會對另一些不利。

在模擬中研究人員發現，如果給太陽系增加兩顆與天王星類似的冰巨星，木星的衛星幸存概率會比較高；而如果只增加一顆冰巨星，木星和天王星的衛星能夠同時幸存，但概率僅有大約1%。最終人們發現，只有在兩種情況下，這兩顆行星的衛星才都能幸存至今，而這兩種情況都指向太陽系在最初階段曾經擁有一顆額外的冰巨星。

研究人員表示，太陽系在其演化過程中充滿了極端罕見的高度不穩定性，具體表現為天體之間的劇烈碰撞和復雜多變的軌道遷徙等。而模擬結果揭示了可能性最大的一種情形——太陽系在其演化之初擁有5顆巨行星——比今天多一顆。這顆多出來的巨行星是冰巨星。

在太陽系誕生后大約10億年時，木星遷徙到了距離這顆冰巨星僅700萬千米處，如此近的距離導致這顆冰巨星被加速到了逃逸速度，從而永遠地離開了太陽系。

這顆消失的冰巨星可能今天依然在寒冷而孤寂的某處星際空間流浪。但它的被逐，并非木星和天王星衛星能夠幸存的原因。反而是它的曾經存在，才是改變這些衛星命運的關鍵。

這顆冰巨星的存在，曾經微妙地改變了其他四顆巨行星的遷徙軌跡。比如它使得天王星多次避免了與其他巨行星發生近距離接觸，同時也使這段時期變短。

而這顆冰巨星和木星的接觸，雖然會擾動其衛星軌道，卻還不至于使它們相互碰撞，或者離開木星進入行星際空間。

天王星和它的衛星可能遭遇過兩次重大變故——第一次是遭到了某個巨大天體撞擊，這導致天王星整個側翻，變成了躺著運行的行星；第二次則發生在巨行星的遷徙期間。不過這兩次事件的強度都不足以徹底摧毀天王星的衛星系統。

研究人員表示，模擬中最重要的參數是冰巨星的數量。這樣的模擬有隨機性，并不能精確重現實際情況，只是大致接近。但它強烈暗示，太陽系歷史上可能確實存在過一顆今天已經消失了的行星。

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

參考

The fragility of the Uranian moons during the giant planet instability

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