在木星变得巨大之前，它的童年相当混乱

木星是迄今为止围绕太阳运行的最大行星。然而，科学家现在发现，木星在年轻时遭受的反复撞击可能阻碍了其数百万年的成长。

木星的质量约为地球的 300 倍，是太阳系中最大的行星。相比之下，第二大行星土星的质量仅为地球的 95 倍左右。

先前的研究表明，木星通过其强大的引力将行星构造块抛向太阳系，从而帮助控制了其较小行星的形成。然而，木星本身如何成长到目前的巨大尺寸仍存在很多不确定性。

耶鲁大学天体物理学家格雷戈里·劳克林说：“解决木星巨大质量及其形成时间的问题一直是科学家们 50 年来面临的挑战。”

去年对陨石的分析使木星的成长过程变得更加复杂。分析表明，在太阳系诞生后的 100 万年内，木星的核心迅速增长到约 20 个地球质量，但随后又花了约 200 万年的时间才缓慢地积累了足够的物质，增长到 50 个地球质量。瑞士伯尔尼大学天体物理学家、本周发表在《自然天文学》上的一项研究的主要作者 Yann Alibert 说：“我们非常困惑，因为从我们的经验来看，20 个地球质量的核心不可能以如此缓慢的速度吸积气体。”

为了解决这些陨石发现所引发的谜团，科学家们利用最先进的行星形成计算机模型来模拟木星如何从气体、尘埃、仅几厘米大小的小卵石和几公里到几百公里大小的被称为行星的更大块中诞生。巨行星形成的标准模型表明，行星是其他岩石可以吸积在其上的行星胚胎；当这颗种子超过临界质量后，它会迅速吸积气体，膨胀到巨大的尺寸。

新发现将木星的成长分为多个阶段。首先，一颗行星迅速将小石块粘在自己身上，在 100 万年内迅速成长到约 20 个地球质量。接下来，这个行星核心受到更大行星的冲击，在接下来的 200 万年内成长到 50 个地球质量。

这项新研究的关键发现是行星碰撞会释放出大量热量。这些热量使年轻的木星无法收集到太多气体，尽管它的质量是地球的 20 倍，但其引力非常强大。

“气体的吸积能力不仅取决于重力，还取决于大气能够冷却和收缩的程度，”研究报告的共同作者、瑞士苏黎世大学的天体物理学家 Julia Venturini 说道。“冷却和收缩使更多的气体进入行星的引力影响范围，从而允许更多的气体以大气的形式积聚。如果大气被加热，其冷却将需要更长的时间。”如果没有这种热量，从 20 个地球质量增长到 50 个地球质量应该需要几万年或几十万年，“而不是 200 万年”，Alibert 说道。

一旦木星冷却到一定程度，它就会迅速在自身周围聚集气体，导致其目前的大小超过 300 个地球质量。“行星提供的热量对于延迟气体吸积和匹配陨石限制给出的时间尺度至关重要，”文图里尼说。

“它讲述了一个似乎可行的故事，”劳克林说，他没有参与这项研究。“这可能不是关于木星形成的最终结论，我们可能永远无法得到关于木星形成的最终结论，但这是朝着正确方向迈出的一步。”

阿利伯特表示，未来的研究可以探索木星成长的这一模型如何影响太阳周围其他行星的形成。他补充说，研究还可以研究该模型如何解释太阳系外行星的形成。