木星的體積曾是今天的2至2.5倍。

朱諾探測器拍攝的木星及其大紅斑。

Kevin M. Gill / NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS

木星對太陽系的演化至關重要。根據現有理論，46億年前木星的形成及其強大引力場，對其他太陽系行星軌道和太陽系氣體塵埃盤形態的確定，以及星子的分布和主小行星帶的形成，都起到了關鍵作用。木星在生命的起源過程中也扮演了自己的角色，它吸納了大量本來可能會與地球相撞的小行星。

認識木星的形成史，對于認識早期太陽系演化過程十分重要。近日，加州理工學院行星科學、天體物理學教授Konstantin Batygin和密歇根大學物理學教授Fred C. Adams的一篇論文在《自然：天文學》雜志上刊發。文中闡述了他們的一項針對木星原始狀態的研究。他們發現，太陽系原行星盤首批固態物質出現后僅大約380萬年時，木星的體積曾是今天的2至2.5倍，磁場強度曾是今天的大約50倍。

在天體力學中，科學家普遍將太陽系演化完全歸因于木星和太陽的相互影響。而隨著觀測數據的累積，木星在太陽系結構形成過程中的地位正在不斷提高。因此木星起源及其結構演化的完整過程，被視為是太陽系早期演化史中的一個關鍵性里程碑。但其中的細節和木星演化各階段的時間表，由于木星吸積模型固有的不確定性，在很大程度上仍是個謎。

研究人員分析了木星的兩個衛星木衛五（Amalthea）和木衛十四（Thebe）。這兩個衛星都是小衛星，且距離木星非常近——它們的軌道甚至比木衛一（Io）還接近木星。木衛一是“伽利略衛星”中最小的一個，也是距離木星最近的一個。木衛五和木衛十四的公轉平面都略微傾斜于木星的赤道平面，軌道差異很小，這使得研究人員能夠計算出木星的原始大小。據稱，原始木星的體積相當于2000多個地球，差不多比今天（1321個地球）大一倍。

該發現意義重大，因為它繞過了傳統行星形成模型中的不確定性。以往的模型通常依賴氣體吸收或散射電磁輻射的能力、吸積率以及對木星內核質量的假設。而該團隊另辟蹊徑，專注于可直接觀測的物理量——比如木星的角動量和木衛的軌道動力學特征等。

該成果還為系外行星的研究提供了新視角。現有理論認為，木星等氣態巨行星的形成，始于巖石冰質物質構成的行星內核對太陽星云氣體的快速吸積。而新的研究通過精確測定原始狀態木星的尺寸、自轉率和磁場環境，對傳統模型進行了突破性完善。

參考 Determination of?Jupiter's primordial physical state https://www.nature.com/articles/s41550-025-02512-y.epdf