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行星V

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行星V 是一顆由美國國家航空航天局的科學家約翰·錢伯斯（英語：John Chambers (scientist)）和傑克·利斯奧爾（英語：Jack J. Lissauer）假設存在於火星和小行星帶之間的行星。他們在2002年3月11日至15日之間舉辦的第33屆月球與行星科學大會上提出了這個假說。

他們認為，40億年前，有一顆類地行星沿着一個離心率較高且不穩定的軌道圍繞太陽運行。他們把這顆行星命名為行星V，並且認為這顆行星的消失和冥古宙的後期重轟炸期有關。[1] [2]

假說

行星V假設認為，行星形成時代產生了5顆類地行星。行星V一開始位於火星和小行星帶之間的低離心率軌道上運行，半長軸在1.8至1.9AU之間。雖然壽命很長，但在6億年的尺度上不穩定。最終，其他內行星的擾動使行星V進入了高離心率軌道，越過了內小行星帶。與行星V近距離相遇後，小行星被拋到穿越火星軌道和軌道共振的位置上，很多穿越了地球軌道，暫時提高了月球受撞擊率。這過程一直持續到行星V消失，可能是在進入ν6長期共振後撞擊了太陽。[3]

測試與結果

作為對假說的初步測試，錢伯斯和利斯奧爾進行了36次計算機模擬，使用各種參數確定行星V的初始軌道和質量對太陽系的影響。結果發現，當行星V的初始半長軸從1.8AU增加到1.9AU時，行星V消失的平均時間從1億年增加到4億年。在質量為0.25倍火星的情形下，與當前太陽系一致的結果最常見；質量較大的行星V往往會導致行星間碰撞。總的來說，有三分之一的模擬可認為是成功的：行星V移動而沒有撞到別的行星。對月球撞擊率的測試增加了測試粒子，行星V進入內小行星帶後，地球交叉軌道上的粒子數下降後又增加，這種模式與LHB一致。這些結果在第33屆月球與行星科學大會上做了介紹.[3]

錢伯斯發表在《伊卡洛斯》（2007）的文章中，報告了96次模擬結果。在四分之一的模擬中，行星V被拋出太陽系或撞擊太陽，沒有與其他內行星碰撞。行星V的質量小於火星的0.25倍時這種情形最常見。其他模擬則不成功，行星V或者經歷10億年倖存下來，或者與內行星發生了碰撞。[4]

Ramon Brasser、Alessandro Morbidelli (2011)對行星V假說進行了研究，他們計算出，要產生LHB的撞擊，行星V必須清除95%的轟炸前主小行星帶或98%的內小行星帶（半長軸小於2.5AU）。研究發現，要使質量為0.5倍火星的行星V清除95%的主小行星帶，要在穿越整個小行星帶的軌道上停留3億年，這不見於任何模擬；行星V通常會進入穿越地球的軌道，因此之前的動態壽命很短。在百分之幾的模擬中，行星V在小行星帶停留的時間足夠長，產生了LHB；但從內小行星帶產生LHB需要其初始質量是其他小行星帶的4–13倍、軌道密度是10–24倍。[5]

Brasser & Morbidelli還研究了行星V擾亂類地行星之間的假想小行星帶而導致LHB的假說。作者指出，由於目前沒有觀測到其殘餘，對假說造成了很大限制，要求小行星帶在行星V之前就耗盡了99.99%。雖然在金星-地球帶的模擬中有66%符合目前的太陽系情況，但在地球-火星帶的模擬中，穩定性較高以至不存在這種情況。Morbidelli & Brasser總結說，地球-火星帶不太可能包含大量星群。行星V雖然可通過破壞大質量的金星-地球帶單獨產生LHB，但行星形成模型中沒有產生這些帶的顯著差異。[5]

替代版本

最近有人提出，行星V撞擊了火星，形成了北半球盆地，作為晚期重轟炸期的一種解釋。這種撞擊碎片的大小分布與小行星帶不同，大天體的比例較小，因此巨型撞擊盆地的數量相對於隕石坑的數量較少。[6][7]

參見

參考文獻

  1. ^ Long-Destroyed Fifth Planet May Have Caused Lunar Cataclysm. Space.com. [2006-11-09]. （原始內容存檔於2002-04-08）. 
  2. ^ A NEW DYNAMICAL MODEL FOR THE LUNAR LATE HEAVY BOMBARDMENT (PDF). Chambers and Lissauer, NASA Ames. [2006-11-09]. （原始內容存檔 (PDF)於2012-09-08）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Chambers, J. E.; Lissauer, J. J. A New Dynamical Model for the Lunar Late Heavy Bombardment (PDF). Lunar and Planetary Institute Science Conference Abstracts. 2002, 33: 1093 [2012-03-16]. Bibcode:2002LPI....33.1093C. （原始內容存檔 (PDF)於2012-02-17）. 
  4. ^ Chambers, J. E. On the stability of a planet between Mars and the asteroid belt: Implications for the Planet V hypothesis. Icarus. 2007, 189 (2): 386–400. Bibcode:2007Icar..189..386C. doi:10.1016/j.icarus.2007.01.016. 
  5. ^ 5.0 5.1 Brasser, R; Morbidelli, A. The terrestrial Planet V hypothesis as the mechanism for the origin of the late heavy bombardment. Astronomy & Astrophysics. 2011, 535: A41. Bibcode:2011A&A...535A..41B. doi:10.1051/0004-6361/201117336. 
  6. ^ Minton, D. A.; Jackson, A. P.; Asphaug, E.; Fassett, C. I.; Richardson, J. E. Debris from Borealis Basin Formation as the Primary Impactor Population of Late Heavy Bombardment (PDF). Workshop on Early Solar System Impact Bombardment III. 2015, 1826: 3033 [2023-11-16]. Bibcode:2015LPICo1826.3033M. （原始內容存檔 (PDF)於2023-10-13）. 
  7. ^ Minton, David A.; Richard, James E.; Fassett, Caleb I. Re-examining the main asteroid belt as the primary source of ancient lunar craters. Icarus. 2015, 247: 172–190. Bibcode:2015Icar..247..172M. S2CID 55230320. arXiv:1408.5304 可免費查閱. doi:10.1016/j.icarus.2014.10.018. 


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