木星過早地誕生于太陽系形成之初

Lisa+Grossman

木星是一個(gè)早熟者。最新的有關(guān)隕石年齡的測量顯示出，這顆巨大行星的內(nèi)核在太陽系的首個(gè)100萬年間便形成了。如果是這樣的話，木星的存在將有可能解釋為什么內(nèi)行星是如此之小，并且有可能解釋地球存在的原因。

此前，天文學(xué)家對木星年齡最好的限定來源于通常情況下太陽系是如何形成的模擬研究。在一顆年輕恒星周圍，會形成由氣體和塵埃組成的渦流盤，像木星那樣的氣態(tài)巨星會通過吸附渦流盤中的氣體物質(zhì)而成長。這些渦流盤的存在時(shí)間不會超出1000萬年，因此天文學(xué)家推測，潤流盤的消失之日就是木星的形成之時(shí)。

“現(xiàn)在我們能夠使用太陽系的實(shí)際數(shù)據(jù)表明木星甚至更早就形成了?！盩homas Kruijer說道，在德國明斯特大學(xué)期間，他從事了這項(xiàng)研究。目前，Kruijer就職于勞倫斯利福摩爾國家實(shí)驗(yàn)室，他與他的團(tuán)隊(duì)一起在6月12日出版的《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上發(fā)表了論文《木星的新紀(jì)元》。

為了研究太陽系中最大的星體之一，Kruijer和他的同事們求助于某些最小的星體——隕星。大多數(shù)隕星來源于當(dāng)前位于火星和木星之間的小行星帶，但它們很有可能誕生于別處。

幸運(yùn)的是，隕星攜帶有它們誕生地的信息。導(dǎo)致行星形成的氣體和塵埃盤擁有不同的鄰居，每一個(gè)都有自己的“郵政編碼”，這些區(qū)域富含某種同位素，或者具有相同元素但含量不同。仔細(xì)測量一顆隕星的同位素便能夠指向它的家園。

Kruijer和他的同事們從倫敦自然歷史博物館和芝加哥菲爾德博物館中挑選了19塊稀有的鐵隕石樣本。這些巖石描繪著隨著太陽系的形成，那些最早的類似小行星的天體其金屬核凝結(jié)的過程。

研究團(tuán)隊(duì)對每塊樣本都提取出1克，然后將它們分別溶解于硝酸和鹽酸組成的溶液中，“氣味實(shí)在太糟糕了，”Kruijer說道。

之后，研究人員分解出鎢元素。鎢元素對于隕星的年齡和誕生地來說堪稱是好的追蹤者。同時(shí)，還分解出了鉬元素，鉬元素也是隕星家園的追蹤者。

通過測量鉬94、鉬95、鎢182及鎢183的相對含量，Kruijer和他的團(tuán)隊(duì)確認(rèn)出2個(gè)不同的隕星群。其中一群的形成地點(diǎn)比當(dāng)今的木星要接近太陽，另一群則在遠(yuǎn)離太陽的地方形成。

鎢同位素同時(shí)顯示出這2個(gè)隕星群是同時(shí)存在的，它們的出現(xiàn)時(shí)間大約是在太陽系45.7億年前形成之后的100萬?400萬年間。這就意味著肯定有什么東西將它們相互隔開了。

最有可能的候選者就是木星，Kruijer說道。經(jīng)他的團(tuán)隊(duì)計(jì)算，在太陽系形成的首個(gè)100萬年里，木星內(nèi)核的質(zhì)量便可能達(dá)到了地球的20倍，這使它成為最古老的行星。它的存在有可能形成一種引力屏障，將這2個(gè)臨近的隕星群隔離開來。在之后的數(shù)十億年間，木星有可能以一種較低的速率繼續(xù)成長。

“我高度確信他們的數(shù)據(jù)是優(yōu)異的，”來自美國亞利桑那州立大學(xué)的宇宙化學(xué)家Meenakshi Wadhwa說道。木星將不同的隕星群分隔的建議“有點(diǎn)投機(jī)色彩，但我愿意買它。”她補(bǔ)充道。

木星的早期入場，也有可能解釋為什么內(nèi)太陽系缺乏大于地球的行星。許多太陽系外的行星系都具有大型的臨近行星，從巖石類的超級“地球”（大約是地球質(zhì)量的2?10倍）到氣態(tài)迷你型的“海王星”，或者是炎熱的“木星”等。天文學(xué)家至今感到疑惑的是，為什么我們的太陽系看起來如此與眾不同。

早期木星的引力有可能令大多數(shù)行星形成盤遠(yuǎn)離太陽，這意味著對內(nèi)部行星來說缺乏原料。年輕的木星會在內(nèi)太陽系游蕩，并且將它打掃干凈，Kruijer說道。

“如果沒有木星，海王星或許會在地球所在位置出現(xiàn)，”Kruijer說道，“如果那樣的話，恐怕就不會有地球了。”endprint