木星的體積曾是今天的2至2.5倍。

朱諾探測(cè)器拍攝的木星及其大紅斑。

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

木星對(duì)太陽系的演化至關(guān)重要。根據(jù)現(xiàn)有理論，46億年前木星的形成及其強(qiáng)大引力場(chǎng)，對(duì)其他太陽系行星軌道和太陽系氣體塵埃盤形態(tài)的確定，以及星子的分布和主小行星帶的形成，都起到了關(guān)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(huì)與地球相撞的小行星。

認(rèn)識(shí)木星的形成史，對(duì)于認(rèn)識(shí)早期太陽系演化過程十分重要。近日，加州理工學(xué)院行星科學(xué)、天體物理學(xué)教授Konstantin Batygin和密歇根大學(xué)物理學(xué)教授Fred C. Adams的一篇論文在《自然：天文學(xué)》雜志上刊發(fā)。文中闡述了他們的一項(xiàng)針對(duì)木星原始狀態(tài)的研究。他們發(fā)現(xiàn)，太陽系原行星盤首批固態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)后僅大約380萬年時(shí)，木星的體積曾是今天的2至2.5倍，磁場(chǎng)強(qiáng)度曾是今天的大約50倍。

在天體力學(xué)中，科學(xué)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(cè)數(shù)據(jù)的累積，木星在太陽系結(jié)構(gòu)形成過程中的地位正在不斷提高。因此木星起源及其結(jié)構(gòu)演化的完整過程，被視為是太陽系早期演化史中的一個(gè)關(guān)鍵性里程碑。但其中的細(xì)節(jié)和木星演化各階段的時(shí)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(gè)謎。

研究人員分析了木星的兩個(gè)衛(wèi)星木衛(wèi)五（Amalthea）和木衛(wèi)十四（Thebe）。這兩個(gè)衛(wèi)星都是小衛(wèi)星，且距離木星非常近——它們的軌道甚至比木衛(wèi)一（Io）還接近木星。木衛(wèi)一是“伽利略衛(wèi)星”中最小的一個(gè)，也是距離木星最近的一個(gè)。木衛(wèi)五和木衛(wèi)十四的公轉(zhuǎn)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(jì)算出木星的原始大小。據(jù)稱，原始木星的體積相當(dāng)于2000多個(gè)地球，差不多比今天（1321個(gè)地球）大一倍。

該發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)樗@過了傳統(tǒng)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(duì)木星內(nèi)核質(zhì)量的假設(shè)。而該團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，專注于可直接觀測(cè)的物理量——比如木星的角動(dòng)量和木衛(wèi)的軌道動(dòng)力學(xué)特征等。

該成果還為系外行星的研究提供了新視角。現(xiàn)有理論認(rèn)為，木星等氣態(tài)巨行星的形成，始于巖石冰質(zhì)物質(zhì)構(gòu)成的行星內(nèi)核對(duì)太陽星云氣體的快速吸積。而新的研究通過精確測(cè)定原始狀態(tài)木星的尺寸、自轉(zhuǎn)率和磁場(chǎng)環(huán)境，對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)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