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木星的成分和太阳相似 为什么木星没有演化为恒星?

时间:2022-05-22 10:10:30

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木星的成分和太阳相似 为什么木星没有演化为恒星?

木星是太阳系最大的一颗行星,和太阳一样,也都是气态星体,质量为1.90*10^27千克,是地球的318倍,是太阳系其他所有行星总质量之和的2.5倍,但仅为太阳的千分之一。从木星和太阳的组成来看,二者有非常相似的地方,但是为何没有形成恒星呢?

木星和太阳的组成

根据科学家们的研究分析,认为木星从内到外也是一个具有不同圈层结构的星球。其中,内核是由金属氢和硅酸盐组成的固态内核,此处的压力非常巨大,通过达到3000GPa以上,也就是3万个标准大气压,温度在3.5万摄氏度以上;金属氢的外围是液态氢层,厚度达到4万公里,这里主要是液态氢分子与液态金属共同组成的木星幔结构;液态氢层以外则是木星的大气层,厚度约为1万公里左右,几乎全部是由氢和氦所构成,另外还含有微量的甲烷、氨和水蒸气。

太阳从表面上看是一颗燃烧的巨大火球,其实也是具有一定的分层结构的,从里到外依次是光球层、色球层和日冕层。

光球层:是从内核一直到半径的4/5处,这个区域也是我们能够用肉眼能够看到的区域,这个区域的内部是核反应区,范围是从核心到半径的1/4处,这部分的质量占到了太阳总质量的一半,主要成分为氢和氦,其中氢占比71.3%、氦占比27%,这个区域的温度高达1500万摄氏度,压强达到2500亿个标准大气压,是太阳发生核聚变的区域。在核反应区向外,一直到太阳半径的4/5处,是占据太阳总质量十分之一的辐射区,再向外是对流区。色球层:是一个由高密度的等离子体构成的强磁场区域,在内核聚变产生的强烈辐射压的影响下,这个区域的磁场非常不稳定,经济会产生耀斑爆发以及随之而来的日珥等现象。日冕层:处于太阳大气层的最外围,可以延展到太阳半径几倍远的区域,这里主要是由一些高度电离的稀薄等离子体所组成,比如质子、自由电子和等离子体等。从以上的分析可以看出,木星和太阳的气态物质组成既有相似的地方,但是也存在着明显的不同,一方面是氢和氦的密集区域不尽一致,太阳是在内核,木星是在外层;另一方面,木星的组成成分更加复杂,既有气态物质,也有固态金属和硅酸盐,这些在太阳内部是几乎不存在的。

形成恒星的条件

恒星的形成和演化,是宇宙中一种常见的现象,但是从恒星自身来说,其诞生及发展并非那么容易,必须依靠充足的外界物质输入以及内部强大的温度压力,二者共同作用方能使恒星的形成具备先天基础,缺少了哪一样,恒星都不可能组成,或者只能演化为“失败”的恒星。

从外界物质输入来看,恒星的诞生,离不开充足的星云物质,在引力波动以及星云物质自身引力的影响下,这些星云物质发生碰撞的几率不断提升,引发星际物质塌缩,核心密度增加,并且温度不断上升。然后在质量不断增加的过程中,一方面继续吸收着周围的星际物质,同时不断累积着能量,推动核心区域温度的持续上升。也就是说,如果没有足够的星际物质特别是质量较轻的氢元素,在引力推动下的物质聚合,就会存在大问题。

从内部温度压力来看,恒星之所以能够成为真正意义上的恒星,关键在于内核是否能够引发核聚变反应,而激发核聚变反应的条件,除了要有上述足够的原料之外,还必须要有足够的温度以及巨大的压力,特别是温度。随着质量的提升,在自身引力的作用下,外围物质势必会有向内塌缩的趋势,内核的压力自然会不断提升,但温度不同,温度的提升,取决于恒星组成物质在聚合过程中,由引力势能部分转化的热能来提供。只有当积聚的热能使内核的温度提升到700万摄氏度以上,才可以激发氢原子的核聚变反应,向外释放大量的能量。

恒星的形成,离不开上述两个条件的加持,其中第一个条件是基础,第二个条件是推动,第一个条件不具备,第二个条件自然也不会满足。

木星没有形成太阳的主要原因

木星作为一颗气态行星,其诞生历程基本上与太阳的形成历史相一致。在原始太阳形成的过程中,距离太阳不同距离之外的宇宙空间中,同样也存在着众多由星云物质聚合而形成的核心区域,只是这些核心区域的规模远远没有太阳核心那么庞大而已。这些太阳核心以外的核心区域,在自身引力作用下的推动下,也逐步从没有被太阳吸附的星际物质中获取材料来源,来不断发展自己的势力,慢慢地聚合形成行星内核。

原始太阳形成之后,由于内部引发的核聚变反应,向外释放着巨量的热量,同时也伴随着大量带电的高速粒子流,将太阳周围的一些质量较轻的残余气体物质和星际尘埃吹到距离较远的区域,然后那些行星内核就在引力作用下,不断捕获和吸收着这些星际物质,推动自身慢慢地发展壮大,最终形成了表面为浓密大气层的气态行星。

木星之所以体积和质量,在太阳系所有行星里最大,主要原因还在于它所处的位置,紧挨着固态行星向气态行星转变的临界区域,有着能够第一时间吸收较轻星际物质的先天条件,而且在这个区域其引力刚好能够抵挡太阳风的吹拂,以至于气态物质没有进一步向外围散逸。但是,由于太阳系中绝大部分的星际物质,都在太阳形成过程中被太阳的巨大引力所捕获,仅有差不多千分之一质量的物质被吹到外围轨道,因此,木星即使作为能够捕获太阳系残余星际物质的“前哨”,也没有太多可以吸收的物质贮备,能够发展到现在已经实属不易。

根据科学家们的测算,只有达到太阳质量0.08倍时,方有达到可以激发内部核聚变的条件,否则内核的温度上不去、压力也不上去,不能形成真正意义上的恒星。而木星穷尽所能,也只能通过吸收残余星际物质将自身质量提高到太阳的千分之一,距离达到太阳质量的0.08倍还差距甚远,即使将太阳系内所有的行星都给木星,也还差距30多个木星质量,实在是杯水车薪。

总结一下

虽然木星与太阳的局部区域,在一定程度上的气体组成成分相似,但是由于质量距离能为一个恒星的底限还相距甚远,不能在内核处产生能够激发氢核聚变的能力,因此不可能形成一个恒星。不过,随着太阳在几十亿之后慢慢地演化为红巨星,其质量要亏损一半左右,在这个过程中,从太阳中释放的大量物质,有很大一部分将会被木星所捕获,木星届时将有极大的几率“进化为”一颗红矮星,与太阳一起争夺对太阳系的“控制权”。

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