自然天文學:木星早年遇到過「成長的煩惱」

作為一枚氣態巨行星,木星(Jupiter)絕對是太陽系中一個獨特的存在。當前的它處於“歲月靜好”的階段,但科學家們一直很難想象,它又經歷過哪些“成長的煩惱”。近日,《自然:天文學》上發表的一項新研究表明:在變得相對溫和之前,木星曾耗費了數百上千萬年的時間。這支研究團隊,給出了木星最初幾百萬年的詳細演變時間線。

自然天文學:木星早年遇到過“成長的煩惱”

(圖自:NASA)

科學家們使用了隨著時間推移而積累的隕石數據,暗示木星長期以來一直在為靠近太陽運行的行星發揮“守門員”的作用。

當行星達到地球的 20~50 倍時,就會崩裂成盤旋於太陽系的大塊塵埃和碎片。通過研究隕石,研究人員可以確定這種崩裂的發生時間,發現它有效地將太陽系分成了幾個部分。

自然天文學:木星早年遇到過“成長的煩惱”

研究配圖 - 1:達到 50 M⊕ 芯質量所需的時間。

通過建立隕石活動的時間表,研究人員可以製作一些令人印象深刻的先進模型,展示我們所在的太陽系和行星的早期誕生狀況。

利用多年來收集的大量隕石信息,該團隊計算了木星開始快速增長的時間,及其達到目前大小所需的時間。

自然天文學:木星早年遇到過“成長的煩惱”

研究配圖 - 2:吸積率函數。

模型顯示,木星最初也只是個“嬰兒”,這點對所有行星都是共通的,沒啥好驚訝的。不過數據還表明,木星在最初的幾百萬年裡變化得非常緩慢。

論文一作 Yann Alibert 解釋到 —— 在第一階段,岩石為其帶來了質量;在第二階段,該行星也增加了一點質量,但更重要的是,它們帶來了能量。

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研究配圖 - 3:星子模型成長的三個階段。

第一階段的增長,持續了大約一百萬年的時間,為其奠定了堅實的核心基礎。接下來的兩百萬年,木星的增長速度較慢,但高能量的影響,為潛在的天然氣巨行星帶來了難以置信的熱量。

在三百萬年的時間裡,這顆行星的大小隻有地球的 50 倍,但此後事情開始加速。

隨後的數百萬年,木星開始急劇增長,因為它開始吸收越來越多的‘氣體和氣球’,最終膨脹到了當前超過 300 個地球的大小。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然:天文學》(Nature Astronomy)期刊上。原標題為:《The formation of Jupiter by hybrid pebble–planetesimal accretion》


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