1.
在下面这张动图中,咱们看到了一个围绕着恒星的行星构成盘的演化。
行星构成盘的演化。|NASA
起先,行星构成盘是尘土和气体的混合物,但气体并不会停留太久。这是因为当处于中心的恒星被点着时,由恒星释放出的辐射会驱逐周围的气体,终究留下一个只要尘土的圆盘,如此一来为气态巨行星(比方木星)的构成发明了或许。巨行星有必要生长到足够大,才能在恒星将气体悉数赶开之前开端吞噬气体。
现在的一些模型标明,要做到这一点的最佳途径是从一个质量大约是地球的10倍的大质量固体开端。这样才足够大到能够迅速地吸入气体,并且开端一个失稳进程。经过这个进程,不断添加的质量会从圆盘的更远处将更多的物质吸入。这意味着在木星上,云层和金属氢层的深处,有着一个固体内核。并且这是一个很大的内核,假如剥去在它之上的一切物质,你会发现它的巨细足以使地球相形见绌。
朱诺号的一项使命便是要经过研讨木星这颗巨行星的引力场来验证这一主意。但它发回的数据标明,木星内部正发作着一些古怪的事:处于中心区域之外的物质比咱们此前料想的要更重!
现在,一个世界研讨小组为此供给了一个或许的解说:木星的中心曾被一颗巨大的原行星(胚胎行星,会逐步构成一颗真实的行星)从正面碰击而损坏过。
2.
接近木星的朱诺号。朱诺号能够准确地丈量木星的引力场,天文学家由此可获取关于木星的成分和内部结构的信息。|NASA/JPL-Caltech/ AmericaSpace
显着,咱们无法直接探求木星内部终究发作了什么,而是有必要依据从木星引力场得出的推论来澄清那里终究有什么。朱诺号是第一个专为进步咱们对引力场的了解而打造的探测器。新的数据还在源源不断地传回,但依据已有数据进行的开端剖析标明,木星有着一个被“稀释了”的中心。更重的那些固体物质并非会集在最中心区,而是广泛地散布在木星内部,离行星外表一半的间隔内。
而曩昔咱们以为,要发作像木星这样的行星,仅有的途径便是要从一个固体的内核开端,因而终究为何会发作这种现象就彻底不清楚了。或许来自朱诺的进一步数据有或许标明,这不太或许是一个稀释核。又或许,咱们的行星构成模型或许是过错的。不过,现在,研讨人员假定一切都是正确的,仅仅木星内部真的发作了一些咱们意想不到的事。
木星的结构。中心的岩核被一层液态金属氢围住。|Wikimedia Commons
有一种或许的解说是:木星的金属氢层现已逐步腐蚀了中心,但咱们并不确认金属氢是否真的能够做到这一点,也不知道较重的元素会怎么在混在其间。而论文作者则以为木星的中心或许是在一次磕碰中被损坏的,这或许与构成了地球-月球体系的碰击很像,只不过在规划上有很大不同。
磕碰或许是由木星自身的构成驱动的。一个质量为10个地球质量的中心只占木星终究质量的5%左右,在不到100万年的时刻里,围绕着它的气体逃逸进程能使它的引力添加30倍。邻近的任何其他天体都或许被卷进一场磕碰。因为咱们以为木星的中心是经过一系列较小天体间的磕碰构成的,因而很有或许邻近会存在一些能发作磕碰的东西。
为了验证这一观念,研讨人员对前期太阳系进行了很多模仿,他们调试了木星的准确结构和邻近的轨迹天体,发现在许多这样的模仿中,木星的生长会导致在它邻近的天体跳过轨迹,然后频频地发作磕碰。因为木星具有巨大的引力,因而大多数的磕碰终究都是迎头相撞,将原行星直接送入木星的中心。
3.
接着,他们转向另一组模仿去研讨木星中心的改动。在这些模仿中,切当的细节取决于碰击木星的天体的巨细,以及碰击发作时木星的巨细。他们模仿了木星被一个中心为8个地球质量、周围环绕着质量为2个地球质量的气体的天体碰击。较小的天体,如地球般巨细的原行星,会在抵达木星中心之前就在大气中崩溃。
虽然这次磕碰规划大得惊人,但它只给木星构成进程中发作的总能量添加了一小部分。但它却能改动中心自身的能量。中心会开端振动,对流会将这些振动的产品带到更高的行星包层。在短短几天时刻之内,木星就进入了一种中心向外充满的状况,并且这种充满简直能延伸到离行星外表一半的间隔。
45亿年前,一颗质量约为10倍的原行星很或许迎面撞上年青的木星。在这张模仿图中,从左到右,能够看到碰击以及结果。|S. LIU ET AL/NATURE 2019
当然,这一事情发作在40多亿年前,并且在朱诺号探测到它之前,它一定是保持安稳的。研讨人员发现,假如木星内部温度安稳在3万开尔文,那么这是或许的。假如温度更高,对流就会变得高到足以消除地核与其周围环境之间的温度梯度,然后安稳地核之上较重物质的存在;假如温度更低,对流就会不行强,那么更重的物质会从头回到中心。
因为大多数行星被以为是由原行星和更小的天体之间屡次磕碰构成的,所以论文的作者以为有必要探究充满的中心是否会是气态巨行星所具有的一起特征。许多巨型的系外行星的大气中好像含有很高的金属含量,这或许便是相似碰击事情的产品。
不过现在,天文学家还没有直接能用来查验这些观念的办法,并且朱诺号所带来的进一步数据仍有或许为这个问题供给新的头绪。但假如这一主意建立,行星科学家们将需求开端考虑这些磕碰的影响,并或许要为它们在气态巨星上留下的痕迹提出一些显着的痕迹。
参阅链接/
https://arstechnica.com/science/2019/08/jupiter-may-have-had-a-head-on-collision-with-a-massive-protoplanet/
https:///jupiter-strange-core-formed-by-collision.html
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