木星成为行星“老大”前，他有着一团糟的”童年“

到目前为止，木星是太阳系里最大的行星。 然而，科学家现在发现木星在年轻时经历的反复打击可能在数百万年以来阻碍着它持续增大。

木星质量约为地球质量的300倍，是太阳系中最大的行星。相比之下，第二大行星土星只有大约95个地球质量。

之前的研究表明，木星通过强大的引力向太阳系周围投掷行星构建模块，帮助并控制了其他较小的行星的形成。然而，关于木星本身如何增长到目前巨大的质量相关研究仍然存在很大的不确定性。

耶鲁大学的天体物理学家Gregory Laughlin说：“科学家们50多年来一直在探求木星的质量为何如此巨大，以及它花费了多长的时间才具有现在的形态。”

最近的研究发现使得这一问题变得更加扑朔迷离。去年的陨石分析表明木星的核心在太阳系诞生后的一百万年内迅速增长到大约20个地球质量，但随后的增长速度却慢了很多，随后的两百万年时间里它才增长到50个地球的质量。 “我们非常困惑，因为根据我们的经验，具有20个地球质量的核心看起来不可能以如此缓慢的速度吸收气体，”瑞士伯尔尼大学天体物理学家Yann Alibert说道，他在本周在《自然天文学》Nature Astronomy上作为第一作者发表了一项相关的研究。

为了解开这一陨石分析引出的问题，科学家们使用最先进的行星形成计算机模型来模拟木星是如何从气体，尘埃，几厘米大小的小卵石，几公里大的星子，一直成长到几百公里的大小。巨行星形成的标准模型表明，星子作为行星胚胎，可以吸附其他岩石;当这种行星种子超过临界质量后，它迅速的吸收气体，然后膨胀到巨大的尺寸。

新的发现将木星的成长分为多个阶段。首先，一颗星子迅速将略过自身的鹅卵石捕获，在100万年内迅速增长到大约20个地球质量。接下来，这个行星核心受到更大的星子群的猛烈撞击，在接下来的200万年中，它们增长到50个地球质量。

木星从太阳系开始到太阳系形成后300万年的增长阶段。 蓝色物体是鹅卵石，红色物体是星子。

这项新工作的关键是发现来自星子的碰撞会释放出大量的热量。尽管那时木星的质量是地球的20倍，并具有强大的引力，但是来自星子碰撞产生的热量会使年轻的木星不能有效的吸附气体。

研究报告的共同作者，瑞士苏黎世大学的天体物理学家Julia Venturini说：“吸收气体的能力不仅取决于引力，还取决于木星大气能够冷却和收缩的程度。” “气体的冷却和收缩能够允许更多的气体进入木星的重力影响范围，只有这样木星才能够允许更多的气体以大气的形式积聚。如果大气被加热，气体的冷却将需要更长的时间。“Alibert说，如果没有这种热量，木星从20个地球质量增长到50地球质量应该只需要数万年或数十万年，而不是200万年。

一旦木星充分冷却，它就会迅速积聚自身周围的气体，质量会不断增大，这导致它目前的大小超过了300个地球质量。Venturini说：“星子提供的热量对于延迟木星的气体吸收以及匹配木星形成时间与陨石分析给出的时间尺度都至关重要。”

“这个理论似乎是有效的，” 没有参与这样研究的Laughlin说。 “这个理论也许不会一劳永逸的解决木星的形成问题，而且我们可能永远不会面面俱到地了解木星的形成，但这个理论朝着正确方向迈出了一步。”

Alibert说，未来的研究可以探讨这种木星生长模型如何影响太阳周围其他行星的形成。 他补充说，我们还可以进一步研究这种模型如何解释太阳系外行星的形成。

原文链接：

https://www.popsci.com/jupiter-growth-spurts