

木星最显著的特征之一就是其庞大的体积。直径超过88,800英里,我们太阳系中最大的行星的宽度是地球的11倍,质量是所有兄弟行星加起来的2倍。但根据最近基于这颗气态巨行星最小的一些卫星进行的计算,天文学家现在认为木星曾经的大小是今天的两倍多,磁场强度是今天的50倍。这些巨大的尺寸不仅令人印象深刻——它们在塑造我们今天的太阳系方面发挥了重要作用。这些新发现的细节刊载于5月20日发表在《自然天文学》杂志上的一项研究中。
为了更好地理解木星的原始阶段,研究人员研究了这颗行星92颗已知卫星中最小的那些。阿马尔塞娅(Almathea)和忒拜(Thebe)分别以略微倾斜的轨道绕木星运行,距离该行星的云层顶部约112,400英里和138,000英里。
通过分析这些轨道差异的动力学以及行星角动量守恒,该团队能够估算出太阳系形成第一批固体物质后约380万年时,木星的半径和内部状态。那时,太阳被一个由称为原行星盘的物质组成的圆盘所环绕,该圆盘随着逐渐聚集形成我们所熟知的行星而消散。根据他们的计算,研究人员认为早期木星的大小是今天的2到2.5倍,并且拥有更强大的磁场。
“令人惊讶的是,即使在45亿年后,仍然有足够的线索让我们能够重建木星存在之初的物理状态,”这项研究的合著者、密歇根大学物理学和天文学教授弗雷德·亚当斯(Fred Adams)说。
通过关注来自木星卫星的直接可测量信息及其角动量守恒,该团队能够避开困扰行星形成模型的许多常见不确定性。这些模型通常要求天文学家对气体不透明度、吸积率和重元素核心质量等变量做出假设。
该团队表示,他们的新计算不仅增强了专家们对木星的理解。这些因素可以应用于其他围绕恒星运行的大型行星的演化。他们还表明,气态巨行星通常通过核心吸积形成——即气体快速围绕冰和岩石的核心聚集。
“我们的最终目标是了解我们从哪里来,而确定行星形成早期阶段是解开这个谜团的关键,”加州理工学院行星科学教授、该研究的合著者康斯坦丁·巴蒂金(Konstantin Batygin)说。“这让我们离理解不仅木星,而且整个太阳系是如何形成的又近了一步。”