天文學家是怎麼知道木星是太陽系中第一個形成的行星的？

圖解：NASA 圖源：Aubrey Gemignani

美國宇航局的講師兼飛行總監羅伯特•弗羅斯特在庫拉網這樣回答道：

木星怎麼形成的仍然是個謎。我們希望朱諾号可以觀測到木星的核心來幫助我們完善它形成的模型。

圖解：朱諾号探測器與木星。圖源：Sohu

一直以來，行星形成的标準模型都離不開吸積。但是對其他類太陽系的觀測卻提出了其他問題：吸積是否是行星形成的唯一途徑？

要形成一個像木星這樣的氣體巨行星，必須從原行星盤中吸取大量的氣體。按照這個模型理論，由于太陽風會逐漸将其他氣體向外推，當恒星系統靠内的行星核積蓄了足夠大能夠吸引空氣的質量時，氣體早已被推遠了，因此恒星系統中内側的行星往往是岩石行星而氣體巨行星通常在外側形成。

圖解：哈伯太空望遠鏡的WFC3相機于2014年所拍攝到木星的真實色彩影像，可清楚看見木星南半球的大紅斑。圖源：Wikipedia

但這正是問題所在。通過我們對其他星系的觀察，發現原行星盤隻持續很短的時間。這意味着要産生木星這樣巨大的星體，它必須形成得十分快——快到能在氣體被吹跑前就吸引到足夠的量。

圖解：透過阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列首次觀察到位于金牛座HL的原行星盤。圖源：Wikipedia

所以我們又引入了一個叫做圓盤不穩定形成的新模型，能夠讓木星的形成比其他行星吸積更快。假如這個模型成立的話，木星就是太陽系裡第一個形成的行星。但這一切都還不确定，如果朱諾号發現木星有一個巨大的岩石核心，則說明木星應該是和其他行星同時形成的，但如果木星沒有岩石核心，那這個替代模型成立的可能性則非常大。

在核心吸積模型裡大概需要500,000到10,000,000年才能形成木星，但在圓盤不穩定模型裡隻需要100到1000年。

天文學家是如何得出木星是太陽系中第一個形成的行星這個結論的呢？

奇怪又諷刺的是，太陽系中最大的行星居然被認為是第一個形成的。木星、土星這些主要成分是氫的氣體巨行星想必是在太陽星雲完全消散前就積累了大量氣體。對其他早期恒星系統的觀察顯示氣體盤形成行星通常需要1,000,000到10,000,000年，這意味着我們太陽系中的氣體巨行星也在這個時間跨度中形成，而地球的形成可能需要50,000,000到100,000,000年。

圖解：木星的漩渦狀雲層頂端特寫。圖源：Sohu

正如其他人指出的，核心吸積模型是氣體巨行星形成被最為普遍接受的理論。在這個模型中，首先需要形成一個由冰和岩石組成的行星核心，然後星際氣體和塵埃不斷流入附着到逐漸形成的行星上。但對于核心的形成至今沒有一個令人信服的解釋。要想形成木星或者土星這個量級的大氣層，必須要一個質量大概是地球十倍的堅固核心，但是這些行星卻隻花了幾百萬年就形成了。

圖解：太陽系中行星體積對比。

西南研究所和加拿大女王大學的研究人員解開了木星和土星形成的謎團。這項發現改變了科學家們對所有行星形成方式的看法。

在行星形成的标準模型中，岩石核心随着大小類似的物質累積吸收逐漸變大。岩石和其他岩石結合形成山脈，山脈又和其他山脈融合到城市這麼大，進而一步步拓展。但是這個模型不能在短期内形成足夠大的行星核心以解釋木星和土星的形成。最近的研究表明，氣體在增加吸積效率方面起到了至關重要的作用。哈爾萊維森博士，一名隸屬于西南研究所行星科學部門的科學家，同時是論文的主要作者，認為進入軌道的卵石可以在氣态逆風的輔助下被原行星螺旋吸入。這篇名為《通過逐漸累積岩石成長的氣體巨行星》的論文由西南研究所的科學家凱瑟琳•克雷特克和安大略金斯頓女王大學的教授馬丁•鄧肯共同撰寫。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 水獺- forbes

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