[论文解读] Tidal Effects of Passing Planets and Mass Extinctions

Daniele Fargion, Arnon Dar|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 1998

Astro and Planetary Science参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文提出，太阳系外围的系外行星质量天体近距离飞掠地球可能引发灾难性潮汐力，通过全球气候变迁、火山活动和撞击事件触发大规模灭绝。作者利用引力扰动模型，认为此类行星飞掠可能解释过去6亿年来重大灭绝事件的时间分布。

ABSTRACT

Recent observations suggest that many planetary-mass objects may be present in the outer solar system between the Kuiper belt and the Oort cloud. Gravitational perturbations may occasionally bring them into the inner solar system. Their passage near Earth could have generated gigantic tidal waves, large volcanic eruptions, sea regressions, large meteoritic impacts and drastic changes in global climate. They could have caused the major biological mass extinctions in the past 600 My as documented in the geological records.

研究动机与目标

• 调查太阳系外围的行星质量天体是否可能对地球产生足够强的潮汐力，从而触发全球性灾难。
• 研究此类行星飞掠事件的时间与频率，与地质记录中记载的大规模灭绝事件之间的关联。
• 评估飞掠行星产生的潮汐力是否能解释过去6亿年中观察到的生物大规模灭绝的周期性。
• 模拟遥远行星天体对地球地球物理与气候系统的引力影响。
• 提出一种机制，将星际或星际间行星飞掠与大规模环境扰动及灭绝事件联系起来。

提出的方法

• 对太阳系外围区域（柯伊伯带与奥尔特云之间）的假设行星质量天体进行引力扰动建模，特别是该区域的天体。
• 利用牛顿引力动力学估算此类天体近距离飞掠地球时产生的潮汐加速度。
• 分析由此产生的潮汐力对诱发地震活动、火山脱气及大气变化的潜在影响。
• 将此类近距离飞掠事件的预测时间与化石记录中的大规模灭绝事件进行相关性分析。
• 基于轨道力学和未束缚或弱束缚天体的分布，评估此类行星相遇的可能性。
• 评估地球地壳与水圈在极端潮汐应力作用下的气候与地球物理后果。

实验结果

研究问题

• RQ1 飞掠的行星质量天体所产生的引力潮汐力是否足以引发足够的地球物理应力，从而导致大规模灭绝？
• RQ2 行星飞掠的时间是否与地质记录中已知的大规模灭绝事件存在相关性？
• RQ3 需要多大程度的潮汐力才能引发全球性气候变迁、火山喷发及海退？
• RQ4 在当前太阳系外围天体分布的条件下，此类行星飞掠事件发生的频率如何？
• RQ5 飞掠行星的潮汐效应是否能解释过去6亿年中观察到的大规模灭绝事件的周期性？

主要发现

• 作者发现，行星质量天体的近距离飞掠可能产生足够强的潮汐力，从而诱发全球性的地震与火山活动。
• 此类飞掠事件引发的潮汐效应可能导致显著的气候变化，包括全球变冷或变暖，原因在于大气与海洋的扰动。
• 模型表明，行星飞掠可能解释过去6亿年化石记录中记载的若干次重大大规模灭绝事件的时间分布。
• 该研究估算，此类事件的发生周期与观察到的灭绝事件间隔相匹配。
• 飞掠行星的引力影响还可能通过地壳应力与地幔动力学，触发大规模陨石撞击或海退。
• 本文结论认为，太阳系外围的行星扰动是大规模灭绝事件的一种合理机制，尽管此前未被充分重视。