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法国巴黎高等师范学校和美国洛杉矶加利福尼亚大学的米夏埃尔·吉尔说:“数亿年来,行星一直以发条似的规则性围绕太阳运转,但是某一天,在没有任何警告的情况下,一切都会彻底陷入混乱。”
太阳系发疯并非玩笑
按照通常看法,宇宙是遵守规则的典范。但吉尔和他的同事、洛杉矶加利福尼亚大学的费伦茨·瓦拉迪及布鲁斯·朗内加认为,太阳系最近一次“发疯”的时间大约在6500万年前。“这看来太像是巧合,”吉尔说。“我们认为,这或许与恐龙的灭绝有关。”
吉尔等人谈论的这种行星发疯的现象被称作“混沌”。混沌是指没有任何规律可循的无常运动。不太严谨地说,混沌系统对初始条件极其敏感,一个老套的比喻是:就好像加勒比海的飓风是远在夏威夷的一只蝴蝶扇动翅膀引起的。
但人们不知道,在太阳系中,最重要的混沌驱动者是木星和土星,因为它们是质量最大的两颗行星。因此,吉尔和同事们在研究行星的混沌运动时就把焦点放在这两颗行星上。其实,木-土系并非本来就是混沌系统。但是,它们会滑向混沌的边缘。因此就存在这样的可能性:某种情况可能使这个系统失去平衡,陷入疯狂。
木星土星“合谋”祸事
吉尔和同事们考虑了这样一种可能性:“某种情况”或许就是太阳光和从太阳吹来的、由亚原子粒子组成的太阳风引发太空压力起伏。
在数亿年的过程中,这两者的合力可能对土星轨道产生明显作用。他们猜测,太阳的可变性或许使土星的“半长径”(土星围绕太阳运转的椭圆轨道周长的某种量度)偏离0.1%。
利用计算机模拟太阳系演变图景的研究人员此前一直认为,这种影响无足轻重。他们猜测,经过漫长的岁月,木-土系的影响就会“达到平衡”。吉尔说:“但我们有一种直觉,情况并不是这样。”吉尔和同事们在使用数字太阳系仪时考虑了这种影响。他们发现,随着土星半长径的变化,木-土系的运行方式就会一会儿规则,一会儿混乱。他说:“这个系统每隔几千万年就会陷入混乱。”
恐龙遭遇天文大混沌
吉尔最重要的发现是,多种多样的模拟(在这些模拟中,土星的半长径可以变化)都显示,距今约6500万年以前曾突然出现一次天文大混沌。吉尔说:“这一混乱现象出现的时间与白垩纪和第三世之交达到惊人的吻合——正是在这一时期恐龙灭绝了。”
吉尔说,到目前为止还无法判断这场混沌持续的时间。但是,研究这种混乱现象对太阳系其他天体(特别是小行星)的影响却是可能的。
吉尔说:“木-土系陷入混沌状态时,小行星会受到多种影响。最重要的影响是,小行星轨道的半长径出现突变,这最终会导致小行星带中的天体向外喷发。”在这些天体中,有些很可能撞入地球。
吉尔说,6500万年以前或许就发生了这种情况。“木-土系突然陷入混乱,产生一群轨道与地球轨道相交的小行星。其中一颗撞入中美洲附近的海域,由此产生的冲击使恐龙灭绝。”
下一次危机:公元3000万年
如果吉尔他们是对的,那么恐龙的灭绝就不能完全说是偶然事件。当它们在无忧无虑地生活时,太阳系这个巨大的时钟突然出了毛病。导致恐龙灭绝的事件可能与太阳系的动力学特性密切相关。吉尔说:“它们或许不是唯一的受害者。”
吉尔等人所做的模拟显示,还有一次行星混沌现象大约出现在2.5亿年前。根据他们的研究,太阳系在数亿年中静悄悄地发展变化,但偶尔也会做出疯狂的举动。过去发生的情况也可能在未来发生。他们的模拟试验表明,未来还会发生混沌现象。不过吉尔说:“我不会为此睡不着觉。预期的日子是在公元3000万年,所以还有足够的时间从地球上撤走!”