木星比一些恒星要大,那为什么我们没有第二个太阳呢?

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它被称为EBLM J0555-57Ab,是一颗距离600光年的红矮星,它的平均半径约为5.9万公里,只比土星稍大一点,这使它成为已知最小的支持其核心氢聚变的恒星,这一过程使恒星持续燃烧直到燃料耗尽。

银河系中已知最小的主序恒星真是个小精灵。

它被称为EBLM J0555-57Ab,是一颗距离600光年的红矮星,它的平均半径约为5.9万公里,只比土星稍大一点,这使它成为已知最小的支持其核心氢聚变的恒星,这一过程使恒星持续燃烧直到燃料耗尽。

在我们的太阳系中,有两个物体比这颗小恒星还要大,一个显然是太阳。另一个是木星,就像一个巨大的冰淇淋勺,平均半径为69911公里。

那么为什么木星是行星而不是恒星呢?

答案很简单:木星的质量不足以将氢聚变为氦,EBLM J0555-57Ab的质量大约是木星的85倍,是一颗恒星所能达到的最轻的质量——如果它的质量再低一点,它也不可能融合氢。但如果我们的太阳系是不同的,木星会不会被点燃成为一颗恒星呢?

木星和太阳的相似之处比你想象的要多

这个气体巨星也许不是恒星,但木星仍然是一个大问题,它的质量是其他所有行星质量总和的2.5倍,只是,作为一颗气体巨星,它的密度很低:大约是每立方厘米1.33克;地球的密度是每立方厘米5.51克,是木星的4倍多一点。

但是注意木星和太阳之间的相似之处很有趣,太阳的密度是每立方厘米1.41克,这两个物体在组成上非常相似,按质量计算,太阳大约由71%的氢和27%的氦组成,其余的由微量的其他元素组成,木星的质量大约是73%的氢和24%的氦。

木星及其卫星木卫一示意图。(NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab)

正因如此,木星有时被称为失败的恒星,但是,如果靠太阳系自身的设备,木星甚至不太可能成为一颗恒星。

恒星和行星是通过两种截然不同的机制诞生的,当星际分子云中的致密物质在自身重力作用下崩塌时,恒星就诞生了,旋转的过程被称为云塌缩,当它旋转时,更多的物质从它周围的星云中卷进,形成恒星吸积盘。

随着质量和重力的增长,这颗幼年恒星的核心被挤压得越来越紧,这导致它变得越来越热,最终,它变得如此压缩和高温,核心点燃,热核聚变开始。

根据我们对恒星形成的理解,一旦恒星完成吸积物质,就会剩下大量吸积盘。这就是行星的组成。

天文学家认为,对于像木星这样的气态巨行星来说,这个过程(称为小卵石吸积)是从圆盘上的小块冰岩石和尘埃开始的,当它们绕着这颗幼年恒星运行时,这些小块的物质开始碰撞,并以静电粘在一起,最终,这些不断生长的团块达到足够大的大小——大约相当于地球质量的10倍——它们可以通过引力从周围的圆盘吸引越来越多的气体。

从那时起,木星逐渐增长到现在的质量——约为地球质量的318倍,太阳质量的0.001倍。一旦它吸收了所有可用的物质——距离氢聚变所需的质量相当远——它就停止生长。

所以,木星的质量远不足以成为一颗恒星,木星与太阳有相似的成分,不是因为它是一颗“失败的恒星”,而是因为它从产生太阳的同一团分子气体云中诞生。

 (NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran/Flickr/CC-BY-2.0)

真正失败的星星

还有一种不同类型的物体可以被认为是“失败的星星”。这些就是褐矮星,它们填补了气态巨星和恒星之间的空白。这些物体的质量大约是木星的13倍,它们的质量足以支持核聚变——不是普通的氢,而是氘。这也被称为“重”氢;它是氢的同位素,原子核中有一个质子和一个中子,而不是只有一个质子。其熔合温度和熔合压力均低于氢的熔合温度和熔合压力。

因为它发生在一个较低的质量、温度和压力下,氘聚变是恒星在继续积累质量的过程中氢聚变过程中的一个中间步骤。但有些物体永远达不到那样的质量;这些被称为褐矮星。

在1995年证实棕矮星的存在后的一段时间里,人们不知道棕矮星是成就不高的恒星还是雄心勃勃的行星;但一些研究已经证明,它们的形成就像恒星一样,是由云塌缩形成的,而不是由内核吸积形成的。有些褐矮星甚至低于氘燃烧的质量,与行星难以区分。木星正处于云塌缩的质量下限;据估计,云塌缩物体的最小质量大约是木星的质量。因此,如果木星是由云塌缩形成的,它可以被认为是一颗失败的恒星。

但是来自美国宇航局朱诺探测器的数据表明,木星至少曾经有过一个固态核,这与核吸积形成的方法更一致。

模拟表明,通过核吸积形成的行星质量上限不到木星质量的10倍——只差几个木星质量就能达到氘聚变。所以,木星并不是一颗失败的恒星,但思考一下为什么不是这样,可以帮助我们更好地理解宇宙是如何运作的,此外,木星本身就是一个条纹状、风暴状、漩涡状的奶油糖果奇观,如果没有它,我们人类甚至可能无法生存。

然而,那是另一个故事,以后再讲。

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