年轻的木星与巨大的原行星相撞[视频]

艺术家对年轻的木星与早期太阳系中仍在形成的巨大原行星之间发生碰撞的印象。插图：K. Suda和Y. Akimoto / Mabuchi设计办公室，日本天体生物学中心提供

木星的核心可能仍处于45亿年前的碰撞中。

根据本周发表在《自然》杂志上的一项研究，大约在45亿年前，木星与太阳系中一个仍在形成的行星之间发生巨大的正面碰撞，这可能解释了NASA的朱诺航天器令人惊讶的读数。

美国宇航局朱诺号航天器的数据表明，木星在45亿年前与一颗行星大约比地球重10倍时发生了巨大的正面碰撞，震撼了其核心。

根据《自然》杂志本周的一项新研究，行星撞击情景可以解释朱诺自2016年到达太阳系最大行星以来对木星引力场的令人惊讶的解读。研究人员对这项研究进行了数千次计算机模拟，发现正面撞击情况最能解释朱诺的重力读数。

莱斯大学的天文学家，研究合作者安德里亚·伊塞拉（Andrea Isella）表示：“自伽利略时代以来，我们一直在研究巨型行星，特别是木星和土星，但我们仍然不知道它们是如何形成的。”

伊塞拉说，一些理论认为木星起初是一个茂密的岩石星球，后来又从原始的气体和尘埃盘中聚集了浓厚的大气层，这些气体和尘土孕育了我们的太阳，索尔。其他理论中，木星是由部分磁盘的重力塌陷形成的。在那种情况下，木星的核心从一开始就不会是稠密的和岩石状的，但是随着重力将铁和其他重元素拖向行星中心，它的密度会越来越大。

赖斯大学和中国中山大学的天文学家说，他们正面撞击的情况可以解释朱诺以前令人困惑的引力读数，这表明木星的核心密度比预期的要小，密度更大。

赖斯天文学家和研究合著者安德里亚·伊塞拉（Andrea Isella）说：“这令人困惑。”“这表明发生了一些事情，激发了核心力量，而这正是巨大影响发挥作用的地方。”

伊塞拉说，领先的行星形成理论认为木星起初是一个致密，多岩石或冰冷的行星，后来又从原始的气体和尘埃盘中聚集了浓厚的大气层，这些气体和尘土孕育了我们的太阳。

当研究的主要作者刘尚飞首次提出这一想法时，伊塞拉表示怀疑。该想法认为，可以用搅动木星核心，将其核心的稠密物质与上面密度较小的层混合在一起的巨大撞击来解释这些数据的想法。Liu是Isella小组的前博士后研究员，现在是中国珠海中山大学的教职员工。

Isella回忆说：“这听起来对我来说是极不可能的，就像万分之一的可能性。但是尚飞通过剪切计算使我相信，这并不是那么不可能。”

该研究小组进行了数千次计算机模拟，发现一个快速增长的木星可能扰乱了附近“行星胚胎”的轨道，这些行星是在行星形成初期的原行星。

刘说，计算包括在不同情况下碰撞概率的估计以及冲击角的分布。在所有情况下，Liu及其同事都发现木星至少有40％的机会在头几百万年内吞下行星胚胎。此外，木星大量生产了“强重力聚焦”，这使得正面碰撞比吃草更为普遍。

Isella说，在Liu运行3D计算机模型来显示碰撞将如何影响木星的核心之后，碰撞情况变得更加引人注目。

Isella说：“由于它的密度大，而且能量很大，因此撞击器就像一颗子弹穿过大气层并直击核心。”“撞击之前，您的核心非常密集，周围环绕着大气。正面的影响将事情散布开来，稀释了核心。”

赖斯大学和中山大学的科学家认为，效果图显示了对年轻木星核心的重大影响。他们说，大约45亿年前的撞机事件可能解释了NASA的朱诺（Juno）航天器令人惊讶的读数。插图：刘尚飞/中山大学

掠掠角的撞击可能导致撞击的行星被重力束缚，并逐渐沉入木星的核心。刘说，与地球一样大的较小的行星胚胎会在木星的厚厚大气层中分解。

刘说：“导致核心密度分布与今天的朱诺测量相似的唯一情况是对行星胚胎的正面冲击，其质量大约是地球的10倍。”

Isella表示，计算结果表明，即使这种影响发生在45亿年前，“在本文所建议的情况下，重质材料仍需要花费数十亿年才能重新沉降到致密的岩心中。”

伊塞拉（Isella）也是赖斯基金会（NASA）资助的莱斯大学（CLEVER Planets）项目的联合研究人员。他说，这项研究的意义远不止我们的太阳系。

他说：“有一些天文学观测的恒星，可以用这种事件来解释。”

Isella说：“这仍然是一个新领域，因此结果远非可靠，但由于某些人一直在寻找遥远恒星周围的行星，因此有时他们看到的红外辐射会在几年后消失。”“一个想法是，如果您看着一颗恒星，因为两个岩石行星正面碰撞并破碎，那么您可能会产生一团尘埃云，吸收恒星光并将其重新发出。”因此，从某种意义上来说，您似乎会看到闪光灯，因为现在您已经有了发射光的尘埃云。然后过了一段时间，灰尘消散了，那散发出去了。

艺术家对朱诺号航天器在木星轨道上的构想。图像：美国宇航局

Juno任务旨在帮助科学家更好地了解木星的起源和演化。该航天器于2011年发射升空，运载工具绘制木星的引力和磁场图，并探测该行星的深层内部结构。

该研究的其他合著者包括日本天体生物学中心的Yasunori Hori，苏黎世大学的Simon SiMüller和Ravit Helled，北京清华大学的郑小晨和加利福尼亚大学，圣克鲁斯大学和清华大学的道格·林北京大学。

这项研究得到了NASA（80NSSC18K0828），国家科学基金会（AST-1715719）和瑞士国家科学基金会（200021_169054）的支持。