木星是太阳系中迄今为止最大的行星。然而，科学家们现在发现，木星年轻时经历的反复撞击可能限制了它数百万年的生长。
木星的质量大约是地球的300倍，是太阳系中最大的行星。相比之下，第二大的土星质量只有地球的95倍左右。
先前的研究表明，木星通过其强大的引力将行星构件抛掷到太阳系中，从而控制了其较小行星的形成。然而，关于木星本身是如何长成如今这个巨大尺寸的，仍然存在许多不确定性。
耶鲁大学的天体物理学家格雷戈里·劳克林说：“与木星的巨大质量和形成所需的时间作斗争，是科学家们近50年来一直面临的挑战。”
使木星生长过程复杂化的是陨石分析，去年公布的分析结果表明，太阳系诞生后100万年内，木星的核心就迅速增长到约20个地球质量，但之后又花了大约200万年才收集到足够的物质增长到50个地球质量。“我们非常困惑，因为根据我们的经验，一个20个地球质量的核心不可能以如此缓慢的速度吸积气体，”瑞士伯尔尼大学的天体物理学家、本周发表在《自然·天文学》杂志上的研究的首席作者亚恩·阿里伯特说。
为了解决这些陨石发现带来的谜团，科学家们使用了最先进的行星形成计算机模型，模拟了木星如何从气体、尘埃、仅几厘米大的小石块以及被称为微行星的几公里到几百公里大的石块中形成。巨型行星形成的通用模型表明，微行星充当行星胚胎，其他岩石可以吸积到它上面；当这个种子超过临界质量后，它会迅速吸积气体，膨胀成巨大的尺寸。
新的发现将木星的生长划分为多个阶段。首先，一个微行星迅速吸积小石块，在100万年内迅速增长到约20个地球质量。接着，这个行星核心被更大的微行星撞击，在接下来的200万年内增长到50个地球质量。
这项新研究的关键发现是，微行星的碰撞会释放大量热量。这种热量会阻止年轻的木星收集太多气体，尽管它拥有地球质量20倍的巨大引力。
研究合著者、瑞士苏黎世大学的天体物理学家朱莉娅·文图里尼说：“吸积气体的能力不仅取决于引力，还取决于大气层在多大程度上能够冷却和收缩。冷却和收缩允许更多的气体进入行星的引力影响范围，从而允许更多的气体以大气层的形式被积累起来。如果大气层被加热，它的冷却将需要更长的时间。”阿里伯特说，如果没有这些热量，从20个地球质量增长到50个地球质量应该只需要几十万年，“而不是200万年”。
一旦木星冷却得足够快，它就能迅速围绕自身积累气体，从而达到目前超过300个地球质量的大小。“来自微行星的热量对于延迟气体吸积并符合陨石证据给出的时间尺度至关重要，”文图里尼说。
没有参与这项研究的劳克林说：“这个故事似乎说得通。这可能不是关于木星形成的最后定论，我们也许永远也得不到关于木星形成的最后定论，但这朝着正确的方向迈出了一步。”
阿里伯特说，未来的研究可以探讨这种木星生长模型如何影响太阳系内其他行星的形成。他还补充说，它还可以研究这种模型如何解释太阳系外行星的形成。
