科學家分析了木星的微小衛星，發現木星的體積可能曾經是現在的兩倍多，磁場強度也曾高達現在的50倍。這些新發現為了解木星——乃至整個太陽系——的形成過程提供了一個難得而有力的窗口。

可見光波段的木星圖像，以及木星高層大氣紅外輝光和磁力線的藝術效果圖。圖片來源：J. O'Donoghue (JAXA)/Hubble/NASA/ESA/A. Simon/J. Schmidt

木星一直被認為是太陽系的重量級冠軍，但新的研究表明，它曾經的質量比我們想象的還要大。科學家們認為，木星在塑造早期太陽系的過程中發揮了至關重要的作用——它強大的引力幫助塑造了其他行星的軌道，引導了小行星帶的形成，甚至可能通過偏轉危險的小行星來保護地球。

揭開木星的原始力量

如今，一項新研究讓我們更深入地了解了木星神秘的起源。天文學家康斯坦丁·巴特金和弗雷德·C·亞當斯發現，木星的體積曾經是現在的兩倍到兩倍半。更令人震驚的是，它的磁場強度可能比現在強50倍。這些發現有助于生動地描繪出年輕太陽系在其最混亂、最形成階段的景象。

巴特金是加州理工學院的行星科學和天體物理學教授，亞當斯則是密歇根大學物理學教授兼萊因韋伯理論物理中心主任。他們開創性的論文題為《確定木星的原始物理狀態》，于2025年5月20日發表在《自然天文學》雜志上。

木星磁力線從其兩極發射的示意圖。圖片來源：K. Batygin

重新思考太陽系形成模型

在天體力學中，將太陽系的演化完全歸因于木星和太陽影響的傳統范式根深蒂固。然而，觀測結果日益凸顯了木星在塑造太陽系結構方面的重要性。因此，木星的起源和結構演化的完整歷史被視為太陽系早期演化的關鍵里程碑。然而，由于吸積模型固有的不確定性，木星形成的細節和時間仍然難以捉摸。

木星的內衛星揭示了古老的秘密

在這項研究中，Batygin 和 Adams 考察了木星的兩顆內衛星——阿瑪爾忒亞和忒拜。這兩顆衛星質量較小，軌道距離木星甚至比木衛一（木衛一是木星最小、軌道最近的伽利略衛星）更近。這兩顆衛星的軌道略微傾斜，軌道差異也較小，這使得 Batygin 和 Adams 能夠計算出木星的原始大小。根據他們的研究結果，木星的體積曾經超過 2，000 個地球，大約是其目前 1321 個地球的兩倍。正如 Batygin 在加州理工學院的一篇新聞報道中所說：

我們的最終目標是了解我們來自何方，而確定行星形成的早期階段對于解開這個謎團至關重要。這讓我們更接近理解木星乃至整個太陽系是如何形成的。我們在此建立的是一個寶貴的基準，讓我們能夠更有信心地重建太陽系的演化過程。

1998年，旅行者1號拍攝了木星及其四顆行星大小的衛星（稱為伽利略衛星），并將其拼貼成這幅拼貼畫。它們并非按比例繪制，但顯示了它們的相對位置。圖片來源：NASA/JPL

行星科學的新基準

這些見解尤其重要，因為它們繞過了行星形成模型中傳統的不確定性。這些模型通常依賴于關于氣體吸收或散射電磁輻射的能力、吸積速率以及木星核心（由巖石和金屬組成）質量的假設。相反，該團隊專注于直接可測量的量，包括木星角動量守恒及其衛星的軌道動力學。

巴特金和亞當斯的分析為木星發展的關鍵階段之一提供了至關重要的圖景，而這一階段過去一直存在不確定性。本質上，它揭示了行星形成的太陽星云蒸發的時期。這是一個關鍵的轉折點，行星的構成要素在此消失，太陽系的原始結構由此誕生。“令人驚訝的是，即使在45億年后，仍然保留了足夠的線索，讓我們能夠重建木星在其誕生之初的物理狀態，”亞當斯說道。

這些結果也可能為行星形成理論增添新的見解，從而對系外行星研究產生重要影響。這些理論認為，木星和氣態巨行星的形成源于巖石和冰質物質（構成了這些行星的核心）快速吸積太陽星云中的氣體。這項新研究在傳統模型的基礎上，對木星原始狀態下的尺寸、自轉速度和磁場條件進行了更精確的測量。

編譯自/scitechdaily