天文學家通過研究木星眾多衛星中兩顆衛星的奇特軌道,計算出這顆氣態巨行星曾經的體積是現在的兩倍。
一項新研究表明,太陽系中最大的行星木星,其過去的體積比如今更為龐大。
約45億年前,形成太陽與行星的氣體和塵埃云(即太陽星云)逐漸消散。研究人員發現,彼時木星的體積至少是現在的兩倍,其磁場強度更是如今的約50倍。研究團隊于5月20日在《自然-天文學》雜志發表論文,這些發現或將為科學家重構早期太陽系圖景提供關鍵線索。
"我們的終極目標是追溯生命起源。而要解開這一謎題,厘清行星形成的早期階段至關重要。" 論文合著者、加州理工學院行星科學家康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)在聲明中表示,"這項研究讓我們離揭示木星乃至整個太陽系的形成機制更近了一步。"
木星的巨大引力與太陽共同塑造了太陽系,影響著其他行星和巖石天體的運行軌道。然而,這顆巨行星自身的形成過程仍籠罩在迷霧中。
為探究木星的早期歷史,研究人員分析了木衛五(Amalthea)和木衛十四(Thebe)當前略微傾斜的軌道。這兩顆衛星的軌道形態與它們最初形成時相近,但長期以來,鄰近體積更大且火山活躍的木衛一的引力拖拽使其軌道發生了輕微偏移。通過計算實際軌道變化與木衛一引力作用預測值之間的差異,研究團隊得以反推出木星的原初體積。
科學家推演發現:當標志行星形成結束的太陽星云消散時,木星半徑需達到當前2至2.5倍,才能使木衛五和木衛十四維持現有軌道。隨著木星表面冷卻,其體積逐漸收縮至如今大小。基于這一原始半徑,團隊進一步推算出木星當時的磁場強度約為21毫特斯拉 —— 相當于當前強度的50倍,是地球磁場的400倍。
"令人驚嘆的是,即便歷經45億年,仍有足夠線索讓我們重建木星誕生之初的物理狀態。" 論文合著者、密歇根大學天體物理學家弗雷德·亞當斯(Fred Adams)在聲明中感慨道。
這項研究為科學家觀測太陽系歷史關鍵轉折期提供了更銳利的視角。由于推算過程不依賴尚不明確的木星形成機制,而是基于可直接觀測的物理量,其結論更具可靠性。
"我們在此建立了一個重要基準點," 巴特金表示,"未來我們將能以此為起點,更自信地重構太陽系的演化歷程。"
據加州理工學院數據,木星目前正以每年約2厘米的速度收縮。這一現象源于“開爾文-亥姆霍茲收縮機制” —— 行星因冷卻而體積縮小的物理過程。隨著木星內部逐漸冷卻,壓力下降導致其持續收縮,但這一過程何時開始尚不可知。
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