土星可能已经“失败”为一个气态巨行星

By Paul Sutter

2023/7/29

Science & Astronomy

这颗有环的行星肯定的是气态的，但它真的是“巨行星”吗？

土星和它的著名光环的描画。 (Image credit: Mark Garlick/Getty Images)

土星真的是大质量的------几乎比地球更有肉100倍。尽管它令人印象深刻的大小，但这颗有环的行星是一个仅挨着木星第二遥远的，木星几乎是三倍更大质量。

在这个启示下，一位天體物理學家提出我們不應該考虑土星是一個恰当的氣態巨行星，而是一颗嘗試了但悲慘失敗来取得大性的行星。

专业天文学家和公众一样倾向于将木星和土星堆成气态巨行星的同一粗略类别。毕竟，这两颗行星都非常大，都有大量的氢气和氦气构成它们大气层的大部分，而且这两颗行星在我们的太阳系中彼此相邻。

但用美国宇航局卡西尼号和朱诺号航天器的更深入调查已经揭示了世界之间的显着差异------例如，埋藏在它们体内深处的重元素的量。加上木星比土星更大质量三倍------好的，这不是种大交易。

在被接受在《天文学与天体物理学快报》杂志上发表的一篇新论文中，瑞士苏黎世大学理论天体物理学和宇宙学中心的天体物理学家拉维特·赫勒德（Ravit Helled）提出，我们的太阳系只有一个真正的气态巨行星：木星。天王星和海王星更恰当的被称为冰巨星，因为它们主要被非氢和氦的元素组成。至于土星，赫勒德声称它本身不是一个合适的气态巨行星，而是失败来达到这一地位的。

成长一个巨大的行星是一项棘手的事业。早期的太阳系是一个复杂、演变的地方。最初，有很多物质只是围绕着在中心仍在生长的太阳涡旋。这种材料主要是氢和氦并撒有更重的元素。但随着年轻的太阳开始加热起来，它把所有的氢和氦都吹出了系统。

这意味着行星有一个来取得大性的机会的窄窗。唯一来积累更多质量特别是来自氢和氦的方法是来积累更多的质量。质量越大的东西，它有的引力吸力就越大，想要加入行星派对的物质就越多。但一颗行星必须在太阳吹走所有轻元素之前迅速做这个，在它的轨道中停止生长。

这张木星南极的观望被用美国宇航局朱诺号航天器的数据创建。. (Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gabriel Fiset)

此前，研究人员假定了木星和土星玩类似的游戏------两颗行星都在一个相对短量的时间内达到了快速吸尘大量物质所需的某个关键阶段------但不知怎的木星在这个过程中变得更幸运。

但按照赫勒德，土星从来没有一个跑的机会。一颗行星能获得一个指数量的氢和氦的临界阈值大约是地球质量的100倍左右。木星容易的击败这个，这意味着它在太阳吹走之前获得了外太阳系中大部分的物质。

同样，天王星和海王星也太小不能取得这种失控的成功。而土星正好位于过渡带。如果它甚至再大一点，它可能会有已经与木星竞争太阳系最伟大行星的称号。

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相反，土星被卡住。它变得足够大以至于它可以通过纯粹的引力的拉力将大量的氢和氦拉下，但还不足以将这个过程踢进超速并真的进行着。赫勒德说，因此，无论对何种意图和目的，土星都是一个失败的气态巨行星。

这意味着，尽管木星和土星它们的表面相似，但它们沿着完全不同的轨道演化------这解释它们的更深差异。这两个世界如何演化的差异不仅能帮助我们理解我们自己的太阳系如何发展还可以帮助我们理解跨星系恒星系统如何形成的。.