木星為什麼會那麼大?因為它撿到了一個太陽系的大便宜

天空之城 2022/08/05 檢舉 我要評論

木星和土星分別是太陽系的第一大和第二大行星,其中木星的平均直徑約為139822公里,土星的平均直徑約為116464公里,從體積上來看,木星比土星大不了多少,但從質量上來講,土星就遠遠不及木星了,因為土星的質量約為5.6834 x 10^26千克,而木星的質量卻約為1.8982 x 10^27千克。

太陽系第二大行星與木星的差距都如此懸殊了,其他的行星就更不用提了,實際上,木星的質量是太陽系中其他行星質量之和的2倍多,完全可以說是「傲視群星」,所以問題就來了,木星為什麼會那麼大呢?答案就是:因為在太陽系形成之初,它撿到了一個大便宜。

可觀測宇宙中存在著數量極為龐大的恒星,在這些恒星之中有「垂垂老矣」的,有「正當壯年」的,當然也有正處于誕生之初的,只要我們觀測的恒星數量足夠多,就可以集齊處于所有階段的恒星。

在過去的日子里,科學家們早已觀測到了大量處于誕生之初的恒星,而分析結果表明,這些恒星無一例外地都是從原始星云演化而來。

簡單來講就是,原始星云在引力的作用下發生坍縮,在此過程中,星云中的物質會不斷地向其引力中心聚集,并最終形成一顆閃亮的恒星,在此之后,星云中的殘余物質則會一邊圍繞著新生的恒星運行,一邊互相吸積,進而形成圍繞著新生恒星的眾多天體。

所以我們完全有理由相信,太陽系同樣也是形成于一片原始星云,事實上,這也是科學界的主流觀點,科學家認為,太陽系誕生于大約45.7億年前,是由一片被稱為「太陽星云」的原始星云在發生引力坍縮后演化而成。

太陽及其行星的形成過程大概可以分為4步:1、「太陽星云」開始坍縮;2、太陽在星云中心位置形成;3、星云的殘余物質圍繞著太陽形成一個被稱為「原行星盤」的盤狀結構;4、「原行星盤」中的物質繼續互相吸積,最終形成我們現在所看到的八大行星。

按常理來說,「原行星盤」距離太陽越近的區域物質就越密集,所以距離太陽更近的水星、金星、地球、火星都應該比木星更大才對,但我們都知道,太陽系中實際情況卻并非如此,為什麼呢?其實這是可以解釋的。

從水的三相圖可以看到,在沒有壓力或者壓力過低的情況下,水不可能以液態的形式存在,其實對于其他的物質而言,這樣的規律同樣也是適用的。由于在「原行星盤」不存在擁有穩定壓強的環境,因此「原行星盤」中幾乎所有的物質都只能以氣態和固態的形式存在。

相對而言,固態的物質更加容易吸積,在理想情況下,固態物質會通過互相碰撞和吸積像滾雪球一樣越來越大,當其質量達到一定程度的時候,其產生的引力就足以吸引附近的氣體,然后再進一步增大。

然而在距離太陽較近的區域中,這樣的「理想情況」并不存在,其原因就是太陽,一方面來講,太陽的熱量會使很多揮發性物質(如水、氨、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等)只能以氣態的形式存在,另一方面來講,太陽釋放出的恒星風還會持續地將「原行星盤」中的氣體向外驅離。

這就造成了固態物質相對較少,并且氣態物質還會不斷地向外逃逸,所以這片區域中就只形成了體積和質量都相對較小的巖石行星。

隨著與太陽距離的增加,溫度也會逐漸降低,當距離增加到一定程度的時候,那些揮發性物質就會凝結成固體,從而變得易于吸積。

我們可以將剛好能讓揮發性物質凝結成固體顆粒的距離稱為「凍結線」,由于每一種揮發性物質的「凍結線」都各不相同,因此太陽系的「凍結線」其實是一個距離范圍,根據科學家的估算,在太陽系誕生之初,「凍結線」的范圍大約在距離太陽2.7至5個天文單位之間。

可以想象的是,假如有一顆行星的形成位置正好位于「凍結線」的外側邊緣,那麼它無疑就是撿到了一個大便宜,因為它在這里可以獲取到大量的固態物質,進而迅速成長。

是的,你沒有猜錯,木星就是撿到了這樣的大便宜,根據科學家的推測,在太陽形成之后的300萬年里,位于「凍結線」的外側邊緣的木星的質量就增加到足以束縛氫氣和氦氣的程度,在此之后,木星就開始大量吸收從太陽系內側逃逸出來的各種物質(主要是氫和氦),并迅速成長為一顆巨大的行星。

當然了,木星不可能將所有從太陽系內側逃逸出來的物質全部吸收,所以位于木星外側的土星、天王星和海王星也都不同程度地分到了一杯羹,盡管它們吸收到的物質沒有木星多,但也足以讓它們成長為比地球大得多的巨行星了。

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