原标题:为什么木星的快速增长被推迟了数百万年?

一项新的研究表明,为什么太阳系中最大的行星木星要等200万年才能迎来它的早期形成。一个由瑞士研究人员领导的研究小组发现,在这段时间内,一个直径公里级的天体撞向了这颗巨大的行星,产生了高能量区域。这种轰击使得气体分子难以吸积,迫使地球生长得更慢。太阳系大约有45亿年的历史,一种流行的行星形成理论认为,它们是由环绕年轻太阳的气体和尘埃组成的轨道云团形成的。随着时间的推移,气体和尘埃聚集成一个小世界,逐渐相互聚集形成行星。

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美国国家航空航天局(NASA)的朱诺号(Juno)航天器拍摄的木星南半球。图片:Gerald
Eichstädt/Seán Doran/NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

博科园-科学科普:然而木星的历史更为复杂,这项研究的主要作者、瑞士伯尔尼大学的天体物理学家扬恩·阿利伯特(Yann
Alibert)说:有趣的是,体积较小的天体帮助木星积累了质量,而体积较大的天体撞击木星反而给木星增加了能量——而不是质量。在形成的头100万年里,木星通过聚集厘米大小的卵石迅速成长,体积是地球的20倍。然而在接下来的200万年里,这颗行星发现了更大、千米大小的小天体,它们被称为星子。由于这些星子更大,它们以更大的能量撞击行星,释放出更多的热量,减慢了木星的形成。

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所以当木星有300万年的历史时,它的质量是地球的50倍——经历了相当缓慢的增长速度。新研究发现,在这一阶段之后,通过失控的气体吸积,地球迅速膨胀到今天的大小,质量是地球的300多倍。伯尔尼大学(University
of
Bern)表示,这些新数据与另一组研究人员从去年发表在《美国国家科学院院刊》上对陨石成分观察中获得的另一组研究结果一致。德国明斯特大学和加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究员托马斯·克鲁伊杰领导了一项较早的研究。

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木星膨胀的阶段:在最初的100万年里,它收集了小卵石,然后在接下来的200万年里,它收集了星子,导致它生长得更慢。最后它能够吸积气体并迅速增长。图片:Yann
Alibert (Universität Bern) et. al./Nature Astronomy

Kruijer的团队发现,所研究的陨石似乎来自于太阳系的两个“储层”,它们分别位于太阳系内部和外部,形成于太阳系形成100万年后。木星的引力是太阳系外部物质无法与太阳系内部物质相互作用的原因,太阳系内部物质是木星和气态巨行星的所在地。早期的研究也表明木星的增长会延迟,但是伯尔尼大学的研究小组对这些信息进行了更详细的建模,以找出原因。同样的生长延迟可能发生在天王星和海王星,但是需要更多的研究来证实这个假设,其研究于8月27日发表在《自然天文学》上。

博科园-科学科普|文:Elizabeth Howell/Space

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