木星和土星分别是太阳系的第一大和第二大行星,其中木星的平均直径约为139822公里,土星的平均直径约为116464公里,从体积上来看,木星比土星大不了多少,但从质量上来讲,土星就远远不及木星了,因为土星的质量约为5.6834 x 10^26千克,而木星的质量却约为1.8982 x 10^27千克。
太阳系第二大行星与木星的差距都如此悬殊了,其他的行星就更不用提了,实际上,木星的质量是太阳系中其他行星质量之和的2倍多,完全可以说是“傲视群星”,所以问题就来了,木星为什么会那么大呢?答案就是:因为在太阳系形成之初,它捡到了一个大便宜。
可观测宇宙中存在着数量极为庞大的恒星,在这些恒星之中有“垂垂老矣”的,有“正当壮年”的,当然也有正处于诞生之初的,只要我们观测的恒星数量足够多,就可以集齐处于所有阶段的恒星。
在过去的日子里,科学家们早已观测到了大量处于诞生之初的恒星,而分析结果表明,这些恒星无一例外地都是从原始星云演化而来。
简单来讲就是,原始星云在引力的作用下发生坍缩,在此过程中,星云中的物质会不断地向其引力中心聚集,并最终形成一颗闪亮的恒星,在此之后,星云中的残余物质则会一边围绕着新生的恒星运行,一边互相吸积,进而形成围绕着新生恒星的众多天体。
所以我们完全有理由相信,太阳系同样也是形成于一片原始星云,事实上,这也是科学界的主流观点,科学家认为,太阳系诞生于大约45.7亿年前,是由一片被称为“太阳星云”的原始星云在发生引力坍缩后演化而成。
太阳及其行星的形成过程大概可以分为4步:1、“太阳星云”开始坍缩;2、太阳在星云中心位置形成;3、星云的残余物质围绕着太阳形成一个被称为“原行星盘”的盘状结构;4、“原行星盘”中的物质继续互相吸积,最终形成我们现在所看到的八大行星。
按常理来说,“原行星盘”距离太阳越近的区域物质就越密集,所以距离太阳更近的水星、金星、地球、火星都应该比木星更大才对,但我们都知道,太阳系中实际情况却并非如此,为什么呢?其实这是可以解释的。
从水的三相图可以看到,在没有压力或者压力过低的情况下,水不可能以液态的形式存在,其实对于其他的物质而言,这样的规律同样也是适用的。由于在“原行星盘”不存在拥有稳定压强的环境,因此“原行星盘”中几乎所有的物质都只能以气态和固态的形式存在。
相对而言,固态的物质更加容易吸积,在理想情况下,固态物质会通过互相碰撞和吸积像滚雪球一样越来越大,当其质量达到一定程度的时候,其产生的引力就足以吸引附近的气体,然后再进一步增大。
然而在距离太阳较近的区域中,这样的“理想情况”并不存在,其原因就是太阳,一方面来讲,太阳的热量会使很多挥发性物质(如水、氨、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等)只能以气态的形式存在,另一方面来讲,太阳释放出的恒星风还会持续地将“原行星盘”中的气体向外驱离。
这就造成了固态物质相对较少,并且气态物质还会不断地向外逃逸,所以这片区域中就只形成了体积和质量都相对较小的岩石行星。
随着与太阳距离的增加,温度也会逐渐降低,当距离增加到一定程度的时候,那些挥发性物质就会凝结成固体,从而变得易于吸积。
我们可以将刚好能让挥发性物质凝结成固体颗粒的距离称为“冻结线”,由于每一种挥发性物质的“冻结线”都各不相同,因此太阳系的“冻结线”其实是一个距离范围,根据科学家的估算,在太阳系诞生之初,“冻结线”的范围大约在距离太阳2.7至5个天文单位之间。
可以想象的是,假如有一颗行星的形成位置正好位于“冻结线”的外侧边缘,那么它无疑就是捡到了一个大便宜,因为它在这里可以获取到大量的固态物质,进而迅速成长。
是的,你没有猜错,木星就是捡到了这样的大便宜,根据科学家的推测,在太阳形成之后的300万年里,位于“冻结线”的外侧边缘的木星的质量就增加到足以束缚氢气和氦气的程度,在此之后,木星就开始大量吸收从太阳系内侧逃逸出来的各种物质(主要是氢和氦),并迅速成长为一颗巨大的行星。
当然了,木星不可能将所有从太阳系内侧逃逸出来的物质全部吸收,所以位于木星外侧的土星、天王星和海王星也都不同程度地分到了一杯羹,尽管它们吸收到的物质没有木星多,但也足以让它们成长为比地球大得多的巨行星了。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
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