你有没有好奇过,在太阳系这个大家庭里,木星为何能长得如此巨大?它的质量,相当于其他七大行星质量总和的 2.5 倍左右,简直就是行星界的 “巨无霸”。今天,咱就一起来唠唠,木星这超乎寻常的个头,究竟是怎么来的。
科学界普遍认为,太阳系起源于一片庞大的分子云,也就是 “太阳星云”。大约在 46 亿年前,可能是附近超新星爆发之类的外力干扰,打破了这片星云内部的引力平衡。之后,“太阳星云” 开始引力坍缩,星云中的物质纷纷朝着引力中心聚集。随着这个过程持续进行,中心区域的密度和温度不断攀升,最后核聚变被点燃,我们的太阳就此诞生。
太阳诞生后,消耗了星云中绝大部分物质,但还是剩下了一些 “边角料”。这些剩余物质在引力作用下,围绕着新生的太阳旋转,逐渐形成了一个扁平的盘状结构,也就是 “原行星盘”,这里就是太阳系八大行星的诞生地。简单来说,“原行星盘” 里的物质会不断相互 “合并”,就像滚雪球一样,越滚越大,最终形成行星。
照理说,“原行星盘” 里的物质分布,应该是越靠近太阳越密集。所以按道理,离太阳更近的内侧区域,物质密度更大,更有可能形成大行星。但现实却不是这样,太阳系内侧的四颗行星,都是 “小个子”,而外圈的几颗行星,反倒成了 “大个子”。这是为啥呢?要弄清楚这个问题,得先了解 “原行星盘” 里物质是怎么 “合并” 的。
一开始,微小的固体物质通过碰撞和静电吸引,慢慢聚成一小团,小团再和其他小团结合,逐渐变大。当质量增加到一定程度,就可以凭借引力吸积周围的物质,直到形成行星。也就是说,固体物质是行星形成初期的重要 “原材料”,固体物质越多,行星形成的效率就越高。可在 “原行星盘” 的内侧区域,很多物质根本没法保持固态。为啥呢?因为离太阳太近,太阳释放的热量,能让水、氨、甲烷等挥发性物质都变成气体。在这儿能保持固态的,只有熔点更高的 “硬骨头”,像硅酸盐、铁、镍等,我们可以简单把它们叫做岩石和金属。但这些物质在整个 “太阳星云” 里,含量特别少,大概只占总质量的 0.5%。
更糟糕的是,年轻的太阳还会吹出强劲的 “太阳风”,也就是高速带电粒子流。这些粒子流会不断把 “原行星盘” 内侧的气体物质向外 “吹”。所以,形成于 “原行星盘” 内侧的行星,就陷入了尴尬境地:能用来 “滚雪球” 的固体材料本来就少得可怜,大量气体材料还被 “太阳风” 无情吹走。在这种情况下,它们自然长不大,最终就形成了我们现在看到的几颗 “小个子” 行星。
随着距离太阳越来越远,温度逐渐降低。当远到一定程度时,那些被太阳烤成气体的挥发性物质,又会重新凝结成固体冰晶。这个 “刚好能让挥发性物质凝结成固体” 的温度界限,就叫做 “冻结线”。因为 “太阳星云” 里的挥发性物质,主要由氢、氧、碳、氮等元素组成,这些元素的总量,远远高于构成岩石和金属的元素。所以在 “冻结线” 的外侧边缘,除了少量岩石和金属,还有数量庞大的、由挥发性物质凝结而成的固体冰晶。
这下你应该能想到了,如果有颗行星正好在 “冻结线” 的外侧边缘形成,那可就太幸运了,简直就是捡了个 “大便宜”。因为在这儿,它不仅有本地丰富的固体物质,还能把从内侧长途跋涉而来的 “外地物资” 一并收入囊中。而根据科学家推测,“冻结线” 的范围大概在距离太阳 4 至 5 个天文单位,木星,恰恰就形成于 “冻结线” 的外侧边缘。也就是说,捡到这个 “大便宜” 的,正是木星。
正因如此,在太阳形成后的大约 300 万年时间里,原始的木星迅速成长为一个质量高达地球 10 到 15 倍的庞然大物。从这之后,木星就开启了它的 “王者之路”。为啥呢?因为这时它的引力,已经强大到能够捕捉并束缚氢和氦,而在 “太阳星云” 里,氢和氦占了总质量的大约 98%。
从这开始,木星的成长模式彻底改变,进入了一个叫 “失控气体吸积” 的疯狂阶段。简单来讲,原始木星不断吸积氢和氦,质量增加,引力变强;更强的引力又让它能更高效、迅速地从周围吸积更多氢和氦,质量进一步增加,引力进一步增强…… 如此循环,形成了一个正反馈的 “失控” 过程。这时候的木星,就像一台超级厉害的宇宙吸尘器,疯狂吞噬周围的气体。再加上太阳风把太阳系内侧的大量氢气和氦气持续向外扩散,给木星提供了源源不断的 “食物”。
就这样,木星的质量迅速增加。科学家推测,木星可能只用了几百万年,就积累了绝大部分质量,变成了我们现在看到的这颗气态巨行星。
当然,木星再能 “吃”,也不可能把 “冻结线” 以外的所有物质都吞掉。在它更外侧的轨道上,土星、天王星和海王星,同样受益于 “冻结线” 的馈赠。它们也各自形成了比地球大得多的核心,然后开始吸积氢和氦,慢慢成长为巨行星。不过,它们可没木星那么幸运。一方面,它们离太阳更远,那里物质本身就更稀薄,“原材料” 供应不如木星那充足;另一方面,木星这个 “大哥” 太霸道,抢先一步,把大部分从 “原行星盘” 内侧扩散出来的,以及它轨道附近的物质都席卷一空。所以,土星虽然也是气态巨行星,但质量比木星小很多;更远的天王星和海王星,分到的 “残羹剩饭” 更少,它们的核心虽然也大,但捕获的氢和氦相对较少,体型也就更小。而且,因为它们冰晶成分(如水、氨、甲烷)比例更高,所以被称为 “冰巨星” 。
你看,木星能长得这么大,还真是占了位置的 “便宜” 呢。宇宙的奥秘可真不少,关于木星,说不定还有更多有趣的事儿等着我们去发现。如果你觉得这事儿有意思,就动动你发财的小手,点赞关注一下,保准好运常伴你左右,好事一桩接一桩!