北京時間 4 月 12 日消息，據(jù)國外媒體報道，蘇黎世大學(xué)與瑞士國家研究競爭力中心的研究人員近日對木星的形成史開展了極為詳細(xì)的調(diào)查。而研究結(jié)果顯示，木星如今的所在地已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了最初位置，并在“遷移”過程中一路收集了大量物質(zhì)。
▲ 圖為藝術(shù)家根據(jù)朱諾號探測器于 2021 年 7 月 21 日拍攝的照片繪制的木星概念圖。
在行星形成理論中，最重要的未解之謎之一就是木星的起源。但利用復(fù)雜的計算機(jī)建模，蘇黎世大學(xué)與瑞士國家研究競爭力中心的研究人員為木星的形成史提供了關(guān)鍵的新線索，結(jié)果已發(fā)表在《天體物理學(xué)通訊期刊》上。
▲ 蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)教授、瑞士國家研究競爭力中心成員拉薇特?赫爾德。
重元素之謎
1995 年，伽利略號釋放的探測器進(jìn)入木星大氣層中后發(fā)現(xiàn)，其中的重元素（即比氦重的元素）含量相當(dāng)豐富。此外，近期根據(jù)朱諾號探測器測得的引力場強(qiáng)度所開展的木星結(jié)構(gòu)建模顯示，木星內(nèi)部并不是均勻一致的，而是有著頗為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
既然我們知道了木星內(nèi)部并沒有“充分混合”，那么按理說，木星上的重元素應(yīng)當(dāng)位于最深處才對，因為重元素大多都是在行星形成的初期階段吸引而來的。該研究的共同作者，蘇黎世大學(xué)教授拉薇特?赫爾德解釋道：“只有到了后期、行星質(zhì)量已經(jīng)增長到足夠大之后，行星才能有效吸引到由較輕元素構(gòu)成的氣體，比如氫氣和氦氣。因此，要想描述出既符合科學(xué)家推測的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、又能達(dá)到實際測得的大氣重元素豐度的木星形成過程，不得不說是一項重大的挑戰(zhàn)，但對我們對巨行星的理解至關(guān)重要?！痹谀壳盀橹固岢龅谋姸嗬碚撝?，無一能給出滿意的解答。
▲ 蘇黎世大學(xué)博士后研究員、瑞士國家研究競爭力中心成員 Sho Shibata。
漫長的遷徙
“我們的想法是，木星是在形成末期的遷移過程中收集到這些重元素的。在遷移過程中，木星會經(jīng)過一些充滿所謂“微行星”（形成行星的基礎(chǔ)構(gòu)件，由重元素物質(zhì)構(gòu)成）的區(qū)域，并將它們吸引到自己的大氣層中、越積越多?！霸撗芯渴紫髡?、蘇黎世大學(xué)博士后研究員 Sho Shibata 解釋道。
然而，遷移這個過程本身并不能保證行星能吸引到必要的物質(zhì)?！坝捎趶?fù)雜的力學(xué)相互作用，行星在遷徙過程中不一定會將微行星吸引過來。很多時候，行星反而會讓它們進(jìn)一步散開，就像牧羊犬讓羊群四散奔逃一樣?！?/p>
“但我們發(fā)現(xiàn)，假如木星是在太陽系外圈形成的，即到太陽的距離是如今的四倍，遷徙過程中就會遇到足夠多的微行星。這個場景對物質(zhì)吸積是非常有利的。”
行星科學(xué)的新時代
將伽利略號與朱諾號數(shù)據(jù)存在的局限結(jié)合起來，研究人員終于找到了一個令人滿意的解釋?！斑@充分顯示了氣態(tài)巨行星是多么復(fù)雜、再現(xiàn)其特征是多么困難。行星科學(xué)界努力了這么久，如今終于能用先進(jìn)的理論模型和數(shù)字模擬探索這些細(xì)節(jié)問題。這將幫助我們彌補(bǔ)現(xiàn)有知識的空缺，更好地了解木星和太陽系、以及圍繞遙遠(yuǎn)恒星旋轉(zhuǎn)的眾多巨行星。”
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