朱诺号木星观测图（木星是如何形成的）

天文学家是怎么知道木星是太阳系中第一个形成的行星的？

图解：NASA 图源：Aubrey Gemignani

美国宇航局的讲师兼飞行总监罗伯特•弗罗斯特在库拉网这样回答道：

木星怎么形成的仍然是个谜。我们希望朱诺号可以观测到木星的核心来帮助我们完善它形成的模型。

图解：朱诺号探测器与木星。图源：Sohu

一直以来，行星形成的标准模型都离不开吸积。但是对其他类太阳系的观测却提出了其他问题：吸积是否是行星形成的唯一途径？

要形成一个像木星这样的气体巨行星，必须从原行星盘中吸取大量的气体。按照这个模型理论，由于太阳风会逐渐将其他气体向外推，当恒星系统靠内的行星核积蓄了足够大能够吸引空气的质量时，气体早已被推远了，因此恒星系统中内侧的行星往往是岩石行星而气体巨行星通常在外侧形成。

图解：哈伯太空望远镜的WFC3相机于2014年所拍摄到木星的真实色彩影像，可清楚看见木星南半球的大红斑。图源：Wikipedia

但这正是问题所在。通过我们对其他星系的观察，发现原行星盘只持续很短的时间。这意味着要产生木星这样巨大的星体，它必须形成得十分快——快到能在气体被吹跑前就吸引到足够的量。

图解：透过阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列首次观察到位于金牛座HL的原行星盘。图源：Wikipedia

所以我们又引入了一个叫做圆盘不稳定形成的新模型，能够让木星的形成比其他行星吸积更快。假如这个模型成立的话，木星就是太阳系里第一个形成的行星。但这一切都还不确定，如果朱诺号发现木星有一个巨大的岩石核心，则说明木星应该是和其他行星同时形成的，但如果木星没有岩石核心，那这个替代模型成立的可能性则非常大。

在核心吸积模型里大概需要500,000到10,000,000年才能形成木星，但在圆盘不稳定模型里只需要100到1000年。

天文学家是如何得出木星是太阳系中第一个形成的行星这个结论的呢？

奇怪又讽刺的是，太阳系中最大的行星居然被认为是第一个形成的。木星、土星这些主要成分是氢的气体巨行星想必是在太阳星云完全消散前就积累了大量气体。对其他早期恒星系统的观察显示气体盘形成行星通常需要1,000,000到10,000,000年，这意味着我们太阳系中的气体巨行星也在这个时间跨度中形成，而地球的形成可能需要50,000,000到100,000,000年。

图解：木星的漩涡状云层顶端特写。图源：Sohu

正如其他人指出的，核心吸积模型是气体巨行星形成被最为普遍接受的理论。在这个模型中，首先需要形成一个由冰和岩石组成的行星核心，然后星际气体和尘埃不断流入附着到逐渐形成的行星上。但对于核心的形成至今没有一个令人信服的解释。要想形成木星或者土星这个量级的大气层，必须要一个质量大概是地球十倍的坚固核心，但是这些行星却只花了几百万年就形成了。

图解：太阳系中行星体积对比。

西南研究所和加拿大女王大学的研究人员解开了木星和土星形成的谜团。这项发现改变了科学家们对所有行星形成方式的看法。

在行星形成的标准模型中，岩石核心随着大小类似的物质累积吸收逐渐变大。岩石和其他岩石结合形成山脉，山脉又和其他山脉融合到城市这么大，进而一步步拓展。但是这个模型不能在短期内形成足够大的行星核心以解释木星和土星的形成。最近的研究表明，气体在增加吸积效率方面起到了至关重要的作用。哈尔莱维森博士，一名隶属于西南研究所行星科学部门的科学家，同时是论文的主要作者，认为进入轨道的卵石可以在气态逆风的辅助下被原行星螺旋吸入。这篇名为《通过逐渐累积岩石成长的气体巨行星》的论文由西南研究所的科学家凯瑟琳•克雷特克和安大略金斯顿女王大学的教授马丁•邓肯共同撰写。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. 水獭- forbes

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