太阳系行星近圆、共面的轨道，相互之间恰到好处的距离，使得地球在如今的宜居环境中安稳存在45亿年，成为孕育生命和智慧的家园。这种仿如“精心安排”的构型，是行星轨道温和演化的稳健结果，还是狂暴激进过程的偶然结局？各类动力学模型描绘了截然不同的宏大演化场景和路径，却只留下陨石样品等少许雪泥鸿爪，令人费尽思量。近日，南京大学周礼勇教授团队在《自然•通讯》（Nature Communications）发表最新研究成果，以陨石样品所反映的星子撞击过程为关键线索，朝着还原太阳系早期演化历史的方向迈进了一步。
太阳系形成之初的一千万年内，数千米到数百千米大小的天体（星子）之间的频繁撞击，是类地行星形成的关键过程。陨石样品显示部分撞击速度极高，可导致星子碎裂。例如，CB陨石的形成需要超过13 km/s的高速撞击；同位素定年显示，多种铁陨石的母体也在这一时期发生碎裂。然而，强烈扰动原行星盘并导致高速撞击的机制仍不明确。著名的大转向（Grand Tack）模型，以木星大范围的轨道迁移和急剧转向触发这些高速撞击。在苛刻的模型条件下，木星向内迁移至1.5 au（天文单位），将内太阳系的星子盘压缩到0.7–1 au的狭窄范围内，在类地行星区域制造强烈的混乱随后再向外迁移。然而，近期研究显示Grand Tack模型在巨行星轨道构型、类地行星成分差异等方面存在难以避免的缺陷。不同于Grand Tack模型中激烈的演化路径，研究团队在新发表的论文中提出了全新的温和触发机制：太阳系气体盘的消散使得木星的长期共振扫过并激发星子盘，导致频繁的高速撞击，而在此过程中木星和土星的轨道不发生大范围的移动。
团队采用大规模多体模拟研究星子在太阳系气体盘消散过程中的轨道演化，在模拟中包含了星子间引力、气体阻尼作用以及气体盘引力势的计算，从而准确模拟了星子轨道激发的过程、撞击发生的时间和撞击速度。研究首次发现，随着气体盘的逐渐消散，其引力势的变化使得木星和土星的轨道进动速率发生变化，相应地，木星、土星的长期共振（ν5、ν6）由外而内扫过星子盘，它们与木星的平运动共振一起激发了星子的轨道，使得星子之间发生速度高达10–20 km/s的撞击（图1）。在一些时间窗口，这样的高速撞击频繁发生，能够导致星子碎裂的撞击占所有撞击的比例超过20%。
图1 星子撞击速度（每一个散点代表一次撞击）和气体盘在1 au处的面密度（实线）随时间的演化。
对撞击星子的轨道分析表明，星子轨道偏心率被扫过的ν5长期共振大幅激发，其半长径则因气体盘的耗散阻尼作用而减小（图2）。随着ν5从外向内扫过内太阳系，星子轨道被依次激发，引发大量高速撞击（图3）。这一触发机制导致的高速撞击的撞击速度、发生时间与陨石记录的星子碎裂条件和同位素定年确定的撞击发生时间具有良好一致性，为CB陨石的成因及铁陨石母体的碎裂事件提供了完备的动力学模型。
图2 星子轨道演化。（a）星子半长轴与偏心率演化的瞬时状态；（b）星子发生高速撞击前的轨道演化；（c）该星子ν5共振角的演化。
图3将要发生高速撞击的星子在同一时刻的轨道。一部分星子与木星存在长期共振，另一部分星子已经离开ν5，轨道偏心率被激发。
研究结果证实，由气体盘消散引起的巨行星长期共振的移动，足以扰动太阳系早期原行星盘并产生高速星子撞击，类似“大转向”这种激烈的巨行星轨道迁移过程并非必须，太阳系早期巨行星的轨道演化仍然可能是相对温和的过程。
本研究揭示了扰动太阳系原行星盘、导致星子碎裂的关键机制，为原行星盘中的星子撞击演化提供了新的视角。这一机制具有普适性，可能广泛存在于气体消散阶段的系外原行星盘中。
上述成果以《Episodic planetesimal disruptions triggered by dissipation of gas disk》为题发表于《自然•通讯》。0567拉斯维加斯帅康博士为论文第一作者，周礼勇教授为通讯作者，合作者还包括南京大学地球科学与工程学院的惠鹤九教授。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-74138-1
arXiv链接：https://arxiv.org/abs/2512.21493