木星可能比我们想象的还要古老

科学家们现在距离了解木星的生日又近了一步。明斯特大学和加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员进行的一项新研究表明，木星可能在太阳系最初出现后的一百万年内开始形成。这似乎是一个漫长的延迟，但考虑到太阳系 45 亿年的历史，木星已经算是相当老的了。

先前的研究表明，木星是我们较老的邻居之一，但他们给出了一个慷慨的估计，即木星是在太阳系诞生后 1000 万年内形成的。不过，这些研究是基于模型而非数据；这些研究不是通过分析木星样本来估计其年龄，而是估计形成像木星这样的巨星所需的气体普遍存在的时期。

“通过望远镜观察，你无法精确地确定某物的年代，”论文第一作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室的托马斯·克鲁耶尔说。“这是我们第一次能够用经验方法来做到这一点。”

克鲁伊尔和他的同事分析了金属同位素（一种金属的不同版本，其原子核中中子的数量不同），以查明火星和木星之间小行星带中形成的小型古老陨石的岩石样本的来源和年龄。他们特别关注了两种金属：钼和钨。你可能以前听说过钨；它被用作白炽灯泡的灯丝。不过，如果你对钼不熟悉，也不用担心——它在地球上并不丰富，主要用途是作为钢合金的添加剂。

在太空中，钼的应用比建筑材料有趣得多：样品中的钼同位素可以告诉你它起源于太阳系的哪个地方。组成太阳系的所有物质都来自不同的恒星，但不同的来源并没有完全混合，这是关键。克鲁伊尔说，钼同位素无法确定确切位置，但它们可以告诉你哪些样品彼此相关。

研究人员分析了陨石中的钼含量，发现它们的自然变化将它们分为两个独立的、预先存在的群体：碳质陨石和非碳质陨石。前者被认为起源于木星以外，而非碳质陨石则由更靠近太阳的物质形成。

但是，如果这两组陨石只是因为形成时间不同而成分不同，而不是因为它们是分开的，那该怎么办呢？因此，他们使用另一种同位素——钨——来计算这两组陨石的年龄，就像观察树的年轮一样。随着时间的推移，较大的钨同位素会衰变成较小的同位素，因此看到更多较小的同位素意味着陨石已经存在了一段时间。

真相就在钨中。尽管非碳质陨石的形成时间稍早（大约在太阳系第一颗天体形成后 50 万年，而最早的碳质陨石形成于同一基准的 100 万年后），但至少在接下来的 100 万年里，这两种陨石继续同时形成。在 200 万年前，出现了非碳质陨石，而最新的碳质陨石则可追溯到太阳系诞生后的 300 万至 400 万年。

这又把我们带回到木星。两组陨石的形成时间重叠，因此它们成分不同的原因一定是因为它们在物理上是分开的。那么是什么把它们分开了呢？嗯，一个巨大的气体球就可以了。

克鲁伊尔表示，尽管这些数据是间接的，但清楚地表明了两个陨石库之间的空间差异。博尔德西南研究所高级研究员凯文·沃尔什 (Kevin Walsh) 未参与这项研究，他指出，尽管木星的存在是一种可能的解释，但也可能存在其他解释。“我们可能对小行星构造块在早期太阳系中的移动方式有一个简单的理解，而且木星质量的行星不是必需的，”沃尔什说。

如果木星是分离的实体，那么陨石形成的时间就为木星自身的起源提供了线索。由于这两种陨石是在太阳系形成后一百万至四百万年之间独立形成的，因此木星当时可能已经存在，而且足够大，可以将它们分开。他们的研究表明，木星的诞生时间可能比太阳系的诞生时间晚不到一百万年。在最初的一百万年里，构成非碳质球粒陨石的物质聚集在木星即将绕行的轨道上，一旦木星足够大（大约 20 个地球的质量）以阻止更多物质的涌入，行星另一侧的物质就会形成碳质球粒陨石。

“我认为这些结果非常引人注目，”布朗大学助理教授 Brandon Johnson 表示，他没有参与这项研究。Johnson 曾利用球粒陨石进行过自己的研究，以确定木星的形成时间；他的模拟显示，木星在太阳系第一个固体形成后四五百万年才达到目前的大小，他说 Kruijer 的结果与他自己的发现相辅相成。“它们共同讲述了木星从婴儿期到更像我们熟知和喜爱的木星的形成过程，”Johnson 说。

了解木星自太阳系诞生之初就已经存在有助于解释太阳系其他部分的发展方式。

沃尔什说：“木星的形成可以改变整个太阳系岩石物质的分布……或者，如本文所讨论的那样，成为小物质迁移的路障。”

这甚至可能是只有一个相对较小的地球的原因。克鲁伊尔承认，这一理论有些推测性，但一旦木星形成，它可能会阻止更多物质进入太阳的宜居范围。非常感谢，木星。