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朱诺号木星探测器观测到木星核心 该发现证实木星形成过程中曾遭到行星撞击

2016年,美国国家航空航天局的“朱诺”号宇宙飞船抵达木星,目标是通过木星的密集云层来观测这个巨大行星的内部秘密。除了朱诺发回的令人惊叹的照片外,它还用它的仪器深入地凝视着木星的心脏。

宇宙飞船最大的发现之一是一个比科学家预期的更紧凑的核心。“朱诺号”的读数显示的是一个模糊的边界,它的核心是向大气中排放到接近地球半径一半的区域,而不是在稠密的核和更气态的外层之间的剧烈转换。

现在,由中国中山大学的刘尚飞领导的天文学家们对这个模糊的核心提出了一个解释:年轻的原木星与一个巨大的原行星正面相撞,大致相当于天王星的大小。模型显示,即使这个事件发生在45亿年前,当行星还在形成的时候,产生的模糊核心可能会持续到今天。刘和他的同事在8月14日的自然杂志上发表了他们的发现。

正面碰撞

木星形成的最常见的故事是它首先收集了它的重元素,形成了一个密集的内核。在这一点上,它的重量足够大,足以吸引大量的轻氢和氦气体,这些气体占了大部分体积,而且是如此巨大。

但这种情况将导致现代木星的致密、致密的内核被更轻的气体包围——这是行星科学家们多年来一直认为的。朱诺号的重力测量非常精确,它知道木星的核心实际上是模糊的,外核在它周围的气体中流了数千英里。这一发现让天文学家们感到震惊,因为朱诺号的科学家们在2017年首次报告了这一发现。

科学家们说,为了使这个模糊的核心自然发生,大约10到20个地球质量的重材料在核心完成后必须在木星上被聚合,并且在它的一半的气体外壳已经形成之后。但这在物理上是不可能的——一旦木星开始获得大气层,它就应该这么快就完成了,而且这种大气会使较重的尘埃颗粒从沉降到地球上。

赢得怀疑论者

因此,科学家们开始考虑木星的模糊核心是如何形成的,而刘则提出了在木星的过去发生大碰撞的想法。具体地说,这颗原行星的大小大约是地球的10到20倍,由相当密集的材料构成,在这个气态巨行星的历史早期的某个时候,它直接撞向木星的核心。

“这听起来不太可能,”论文的合著者Andrea Isella在一份声明中说,“就像一个万亿分之一的概率。但是尚飞说服了我,通过纯粹的计算,这并不是不可能的。”

首先,越来越明显的是,早期的太阳系是一个暴力的地方,行星碰撞是相当普遍的。木星的重质量几乎是一个制导系统,这意味着,如果一个物体离得足够近,那么正面碰撞实际上更有可能发生。

刘的模型还显示,如果发生如此巨大的正面影响,那么在太阳系的当前生命周期内,它可能需要数十亿年的时间才能再次稳定下来。虽然没有办法让时钟倒转,并确定一个主要的碰撞是木星的模糊核心,这个理论现在仍然适用,对于木星那神秘的中心来说,这是一个有趣的解释。
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