木星:失败的王储,比某些恒星还大,却仍然只是一颗行星
失败的王储
【木星:失败的王储,比某些恒星还大,却仍然只是一颗行星】在太阳系八大行星中,木星绝对是无可争议的霸主。木星的质量是除太阳以外所有天体总和的2.5倍,甚至可以凭借强大的引力,将太阳系的质心拖出太阳表面以外数十万公里。
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而科学家的观测结果表明,和太阳一样,木星的主要组成元素也是氢和氦。太阳71%的质量是氢,27%的质量是氦,其余部分由其他元素组成;类似的,木星有73%被氢占据,25%的部分是氦,其他元素占了2%的质量。如此类似的组成元素和比例,使得二者的密度也几乎相同,太阳是每立方厘米1.408克,木星则是每立方厘米1.326克;相比之下,地球这样的岩石星球密度就大得多,每立方厘米达到了5.5克。
因此,科学家一直在思考:为什么木星没有变成恒星?
目前的理论也很明确:木星的质量虽然很大,但是还不够大,不足以在核心处形成足够强大的压力和足够高的温度,以至于能够引发核聚变反应。科学家还给它起了一个颇有味道的绰号:失败的王储。
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比木星还小的恒星
可是,当科学家们看到一颗名为EBLM J0555-57Ab的天体时,问题又再一次浮出水面了。
2017年的时候,科学家第一次在距离我们600光年以外的绘架座方向发现了这颗恒星。据观测,它位于一个三合星系统中,其中两颗是和太阳类似的恒星。而2017年科学家在这里发现的第三颗恒星,也就是EBLM J0555-57Ab,确实显得非常特别。
观测结果表明,它的半径只有大约59000万公里,是迄今为止发现的最小恒星。这个半径在太阳系内,别说和太阳比,就连和木星比都相形见绌,只有木星的84%左右,仅比土星大一点。
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(图片说明:EBLM J0555-57Ab与木星、土星的对比)
那么问题来了:为何木星那么大都只能是一颗行星,而EBLM J0555-57Ab更小,反而成为了一颗恒星呢?
答案很简单,因为决定一颗天体能否成为恒星的根本条件,就在于其核心处的氢能否自发进行核聚变反应。而核聚变反应的进行与否,又取决于它的质量。虽然体积小得多,但EBLM J0555-57Ab的质量达到了木星的85倍,恰好达到了理论上可以进行核聚变的程度,于是它就被“点燃”了。如果质量再小一点,它恐怕也就只能做一颗行星了。
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相比之下,木星的质量远远不足以进行核聚变,因此它成为了一颗冰冷的行星。
接下来还有一个问题:当初为何木星只获得了这么少的质量?它为何没有成长得更巨大一些呢?这就要说到行星的形成模型了。
天体的形成模型
我们知道,恒星都是形成于一片原始星云的坍缩的。在引力的作用下,物质向一个质心不断下落,质量不断累积。当它的质量足够大时,就会在核心处提供足够的温度和压力来进行核聚变。在这颗恒星被点亮的时候,它周围可能仍然还有大量的物质弥散在宇宙空间,其中一部分会继续下落,但是当恒星的辐射过强时,这些物质就不会再被恒星吞噬了,这是天体的引力坍缩模型。
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对于木星这样的气体行星来说,它们的形成很可能是以通过所谓的卵石吸积模型来完成的。据推测,在太阳刚形成后,有一些小冰块或者岩石在绕其公转。它们通过碰撞和静电力相互结合,不断成长,最终变成了一颗行星。当它的质量达到地球10倍左右的时候,就会开始吸积更多的气体,继续壮大,这就是所谓的核心吸积模型。
这一点已经得到NASA科学家的进一步论证,朱诺号探测器的观测结果表明,木星曾经的确是有一个核心的。
就是通过这样的过程,木星一路成长到地球质量的318倍,也就是太阳质量的1‰。这时,木星周围的物质基本上已经被它吸积殆尽,它也就停止了成长。因此,对于木星来说,它只能怪自己“生得晚”,太阳系内绝大部分物质都被太阳所占据,给它留下的物质实在太少,以至于它没有成长到足够大的质量。
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“被阉割的恒星”
说木星是失败的恒星,也没有什么毛病。不过在宇宙中,还有比木星更加悲惨的,因为它们真的是差一点就成功了,这种天体就是褐矮星。
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