木星重金屬為何如此分散?新模型顯示曾被巨大行星撞擊過
美國宇航局的朱諾號太空船此前已經向地面傳回了很多優秀的照片,讓我們驚嘆於木星的宏偉壯觀。但朱諾號並不僅僅只是穿梭於宇宙的狗仔,更是一個功能齊全的宇宙實驗室,利用更重精密的儀器來探測這個龐大的行星。近日科學家在對木星的引力場進行精確測量後,發現這顆行星的核心並不像預期的那樣密集。
現在一些科學家提供了一個近乎世界末日的假設理論:一個質量地球高10倍、接近於天王星的“行星胚胎”(Planetary Embryos) 可能會撞擊太陽系中的最大行星–木星,並擾亂它的核心。這並不是上週被業餘天文愛好者捕捉到的撞擊木星對象,而是發生在遙遠的過去,探究木星是如何形成的。
本週三發表在《自然》雜誌上的這項研究,詳細介紹了一些模擬結果,證明行星胚胎的撞擊如何導致我們現在在木星上看到的重金屬分佈不均勻情況。星主要由氫氣和氦氣組成,它們在緻密核心周圍移動。科學家們原本認為重金屬應該靠近密集的核心,但是朱諾號的探測結果顯示非常分散。
中國中山大學物理與天文學院副教授、這篇論文的主要作者劉尚飛(Shangfei Liu)表示:“基於朱諾號收集的數據,對木星內部建模表明,木星的模糊核心幾乎延伸到半徑,這是人們從未想像過的。”
怎麼會發生這種情況?研究小組的模擬表明,年輕的木星在形成時期遭受了巨大的衝擊,這導致了這種奇怪的,意想不到的分佈。雖然碰撞聽起來很猛烈,但幾乎就像年輕的木星吞噬了行星胚胎一樣。
劉解釋道:“行星胚胎是一個仍然形成的原恆星,主要由來自太陽星雲的岩石和冰構成。”模擬結果表明,原恆星的核心必須與木星的核心發生碰撞才能拋出重元素並將它們混合在整個行星結構中。模型顯示,這種影響將導緻美國國家航空航天局朱諾號發現的內部結構和重元素分佈。
這些模型還解釋了許多易於發現的系外行星中出現的一些現象,即位於我們太陽系外的行星。許多被稱為“熱木星”的行星都是超密集的,堆積著重元素,軌道非常接近它們的恆星。它們也容易產生巨大的影響。研究人員建議他們的模型可以解釋為什麼這些熱木星中有如此多的重金屬,因為它們會在行星胚胎形成時被粉碎。
劉表示:“此前已經有研究使用卡西尼的數據來模擬土星的內部,不過朱諾號的目的是測量木星的重力場,因此數據更好,模型更可靠。土星的內部空間絕對值得一看。”
朱諾號自2016年以來一直在繞木星運行,最近將其任務延長至2022年,因此我們可以期待更多的啟示和信息。