科学家发现木星起源重要新细节:已远远偏离最初位置,一路收集大量物质

2022/4/12 11:15:14 来源:新浪科技 作者:叶子 责编:潇公子

北京时间 4 月 12 日消息,据国外媒体报道,苏黎世大学与瑞士国家研究竞争力中心的研究人员近日对木星的形成史开展了极为详细的调查。而研究结果显示,木星如今的所在地已经远远偏离了最初位置,并在“迁移”过程中一路收集了大量物质。

图为艺术家根据朱诺号探测器于2021年7月21日拍摄的照片绘制的木星概念图。

▲ 图为艺术家根据朱诺号探测器于 2021 年 7 月 21 日拍摄的照片绘制的木星概念图。

在行星形成理论中,最重要的未解之谜之一就是木星的起源。但利用复杂的计算机建模,苏黎世大学与瑞士国家研究竞争力中心的研究人员为木星的形成史提供了关键的新线索,结果已发表在《天体物理学通讯期刊》上。

苏黎世大学理论物理学教授、瑞士国家研究竞争力中心成员拉薇特·赫尔德。

▲ 苏黎世大学理论物理学教授、瑞士国家研究竞争力中心成员拉薇特・赫尔德。

重元素之谜

1995 年,伽利略号释放的探测器进入木星大气层中后发现,其中的重元素(即比氦重的元素)含量相当丰富。此外,近期根据朱诺号探测器测得的引力场强度所开展的木星结构建模显示,木星内部并不是均匀一致的,而是有着颇为复杂的结构。

既然我们知道了木星内部并没有“充分混合”,那么按理说,木星上的重元素应当位于最深处才对,因为重元素大多都是在行星形成的初期阶段吸引而来的。该研究的共同作者,苏黎世大学教授拉薇特・赫尔德解释道:“只有到了后期、行星质量已经增长到足够大之后,行星才能有效吸引到由较轻元素构成的气体,比如氢气和氦气。因此,要想描述出既符合科学家推测的内部结构、又能达到实际测得的大气重元素丰度的木星形成过程,不得不说是一项重大的挑战,但对我们对巨行星的理解至关重要。”在目前为止提出的众多理论中,无一能给出满意的解答。

苏黎世大学博士后研究员、瑞士国家研究竞争力中心成员Sho Shibata。

▲ 苏黎世大学博士后研究员、瑞士国家研究竞争力中心成员 Sho Shibata。

漫长的迁徙

“我们的想法是,木星是在形成末期的迁移过程中收集到这些重元素的。在迁移过程中,木星会经过一些充满所谓“微行星”(形成行星的基础构件,由重元素物质构成)的区域,并将它们吸引到自己的大气层中、越积越多。“该研究首席作者、苏黎世大学博士后研究员 Sho Shibata 解释道。

然而,迁移这个过程本身并不能保证行星能吸引到必要的物质。“由于复杂的力学相互作用,行星在迁徙过程中不一定会将微行星吸引过来。很多时候,行星反而会让它们进一步散开,就像牧羊犬让羊群四散奔逃一样。“

“但我们发现,假如木星是在太阳系外圈形成的,即到太阳的距离是如今的四倍,迁徙过程中就会遇到足够多的微行星。这个场景对物质吸积是非常有利的。”

行星科学的新时代

将伽利略号与朱诺号数据存在的局限结合起来,研究人员终于找到了一个令人满意的解释。“这充分显示了气态巨行星是多么复杂、再现其特征是多么困难。行星科学界努力了这么久,如今终于能用先进的理论模型和数字模拟探索这些细节问题。这将帮助我们弥补现有知识的空缺,更好地了解木星和太阳系、以及围绕遥远恒星旋转的众多巨行星。”

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关键词:木星科学元素

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