根据亚利桑那大学的最新研究成果，该校携手德国科学家展开的一项新研究表明，行星形成的过程或许比众多科学家所愿意接受的还要复杂和混沌。如今我们所见的规则且独特的球形行星，其实是由起伏不定的小行星和迷你行星构成的涡旋云演变而来。
这些研究结果对于传统的理论提出了质疑。传统观念认为，较小的天体通过相互碰撞，黏合在一起，随着时间不断积累，吸收新的物质，最终形成逐渐增长的小星球。
然而，两位研究者提出并证实了一个新颖的“碰撞-逃逸-返回”模型。在此模型中，行星形成前的天体在穿越太阳系内部的大部分路程上，都在互相撞击与反弹。第一次碰撞时，天体速度减慢，使得它们在下一次碰撞时更有可能粘合在一起。就像一场台球游戏，天体渐渐静止下来。
9月23日发表于《行星科学杂志》的两篇论文，一篇关注了金星和地球的研究，另一篇则专注于月球的形成。据该校行星科学教授Erik Asphaug所述，这两篇论文聚焦了一个通常被忽视的视角，即单次天体间的碰撞不足以导致有效的合并。
“我们发现，大多数天体间的碰撞，即使是相对缓慢的碰撞，也会导致双方分离。这意味着，如果两颗行星要实现合并，通常必须在碰撞后的逃逸过程中让它们减速。”Asphaug说，“把撞击，比如月球的形成，看作一个独立的事件可能是错误的。更可能是连续两次碰撞的结果。”
其中一个推论是，尽管金星和地球在太阳系内部相邻，但它们的成长过程有着截然不同的经历。研究发现年轻的地球会减缓行星的速度，使它们更有可能与金星相撞并附着在金星上。“我们认为，在太阳系形成期间，早期的地球充当了金星的保护层。”论文的第一作者兼通讯作者、来自德国路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学的Alexandre Emsenhuber表示。
太阳系被科学家们称为“重力井”，游客将硬币投入漏斗形的重力井中，然后观察硬币绕轨道运行数圈，最终落入重力井中心。行星离太阳越近，其引力就越强。这就是为什么研究重点关注太阳系内缘的行星水星、金星、地球和火星，它们的公转周期比外围的木星、土星和海王星等要短。因此，一个物体离太阳越近，受到的引力就越强，越有可能在那里停留。
Asphaug解释说，当一颗闯入地球的行星撞击地球时，它不太可能粘附在地球上，反而更有可能最终落在金星上。“地球就像一个盾牌，为抵御这些行星的冲击提供了第一道防线。”他说，“更有可能的是，一颗从地球上弹回来的行星会撞击金星并与之合并。”
Emsenhuber用球从楼梯上跳下来的比喻来解释“先锋效应”：太阳系外的天体就像一个球从一组楼梯上跳下来，每一次反弹都代表着与另一个物体的碰撞。
“在这个过程中，天体失去了能量，你会发现它只能向下弹跳，而不是向上弹跳。”他说，“因此，这个天体再也不能离开太阳系内部了。同理，你通常只会下楼朝金星方向走，而与金星相撞的天体会停在太阳系内部，在某个时候它会再次撞击金星。”
地球没有这样的保护层来减缓行星的速度。作者认为，这导致了传统理论无法解释的两颗大小相似的行星之间的差异。
“普遍的观点是，如果行星发生碰撞，但没有立即合并，这并不重要，因为它们会在某个点再次相撞，然后合并。”Emsenhuber说，“但这并不是我们的发现。我们发现它们会更频繁地成为金星的一部分，而不是返回地球。从地球逃逸后到达金星的可能性远大于从金星返回地球。”
为了追踪这些行星轨道和碰撞，以及最终它们的合并，该团队使用机器学习，从天体碰撞的3D模拟中构建预测模型。该团队随后利用这些数据快速计算轨道演化，包括碰撞后逃逸和合并碰撞，模拟1亿年的类地行星形成过程。
在第二篇论文中，作者提出并论证了他们的“撞击-逃逸-返回”的月球形成假说，认识到标准天体撞击模型的主要问题。
“相比之下，标准模型中的月球形成需要非常缓慢的碰撞速度。”Asphaug说，“它创造的月球主要是由撞击行星组成的，而不是原始地球，这是一个主要问题，因为月球的同位素化学成分几乎与地球相同。”
该小组设想，一个大约火星大小的原行星撞击地球，就像在标准模型中那样，但速度稍微快一些，所以它会继续前进。它会在约100万年后返回一个看起来很像标准模型的巨大撞击。“两次碰撞比一次碰撞混合的东西多得多，这可以解释地球和月球在同位素上的相似性，也可以解释第二次缓慢的合并碰撞是如何发生的。”Asphaug说。
研究人员认为，由此产生的行星组合方式的不对称性为未来研究类地行星多样性指明了方向。例如，为什么地球有着比金星强得多的磁场，为什么金星没有卫星。
“在我们看来，地球的大部分物质都是由于正面碰撞而吸积的，或者比金星的速度慢。”他说，“更倾斜、速度更快的撞击会优先发生在金星上。”
这将产生一种不对称性，例如，来自外太阳系的原行星，在较高速度下，会更倾向于被金星吸积而非地球。简而言之，金星可能是由地球更难获得的物质组成的。“你可能会认为地球是由更多的外太阳系物质组成的，因为它比金星更接近外太阳系。但实际上，有了地球的保护层作用，金星实际上更有可能吸积太阳系外的物质。” Asphaug说。
