为什么地球会比木星小这么多?

为什么地球会比木星小这么多?

图:太阳系中的主要天体以及它们的大致比例

地球是一颗岩石行星,所有的岩石行星统一被命名为“类地行星”,而主要由气体组成的行星被命名为“气态巨行星”(类木行星),还有一类是“冰巨行星”。

为什么地球会比木星小这么多?

图:木星、土星、天王星和海王星的内部结构。

太阳系中的类地行星从内到外有:水星、金星、地球和火星,它们的主要成分是岩石;气态巨行星为:木星和土星;它们的主要成分是氢,约占90%,当然它们也有一个岩石的内核;“冰巨行星”为:天王星和海王星。它们的主要成分是由水、甲烷和氨的冰组成,还有约20%的氢。

为什么地球会比木星小这么多?

图:从大到小:木星、土星、天王星、海王星、地球、金星、火星、水星

木星的质量是太阳系中最大的行星,它的质量是地球的317.83倍,体积是地球的1321倍。为什么它会如此之大呢?这还得从宇宙的诞生说起。

宇宙诞生于138亿年前的大爆炸,在宇宙空间极速膨胀后的一段时间,温度也随着空间的膨胀逐渐冷却下来,一些基本粒子组成了氢和氦,其中主要是氢。这些气体分子在重力的作用下组成了原始的星云。也就是说,原始的星云中只含有氢和氦分子。

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图:星云

原始星云逐渐在重力作用下向内部收缩,并产生了高温和高压,直到点燃了氢的核聚变。这就是第一代恒星。它只含有氢和氦元素。在核聚变反应的作用下,不断产生新的元素。只有质量较大的恒星才能聚变出铁元素。

铁元素的聚变反应会吸收的热量大于释放的热量,这就导致了恒星核心的冷却。内部核反应产生的辐射压就抵挡不住万有引力的作用。于是,恒星物质向内部急剧收缩,在核心处撞在了一起。这就是超新星爆发。

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图:超新星爆发

超新星爆发的能量可以将铁以后的元素合成出来。由于铀以后的元素半衰期太短,所以在地球上是没有的。漫长的岁月使它们都衰变成铀以前的元素了。超新星爆发会将恒星的外壳全部抛洒入太空之中,并与原始的星云混合。这些混合后的星云又过了漫长的岁月,形成了新的星系。

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图:蟹状星云,由超新星爆发产生

太阳系就是这样混合有金属元素(天文学上将氦以后的元素统称为金属元素)的太阳星云中诞生的。这里面98%的成分是氢、氦和极少的锂。2%是前代恒星产生的金属元素。

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图:正在形成的恒星

在46亿年前,在太阳星云的中心发生了重力坍缩,并点燃了氢的核聚变,形成了太阳。其余部分形成了原始的星盘。

在原始的星盘中,尘埃和气体分子逐渐凝聚在一起形成直径约1~10千米的块状物,这些块状物相互碰撞形成了平均直径约5千米的微行星。微行星再相互聚合和吸收其他气体和尘埃逐渐长大。

在靠近太阳4个天文单位的内太阳系,由于温度较高,水、甲烷一类的分子难以聚合,只有熔点较高的铁、铝和硅酸盐等物质能够聚合在一起。它们就形成了类地行星(岩石行星)。

由于冻结线以外的行星核心能够吸收冰类物质,所以可以获得较大的质量,当质量足够大时,就可以吸收氢和氦这类较轻的分子。前面提到这类分子的数量很多,占总量的98%,所以,木星就能成长成比地球大很多的巨型气态行星。


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