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一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

 anan_wang 2020-05-14

作者:太空生物學(xué)·黃媂

眾所周知,木星是太陽系八大行星中體積最大,自轉(zhuǎn)最快的行星,從內(nèi)向外排行的第5顆行星,它是顆巨型星,主要成分是氫,質(zhì)量是太陽的1‰,木星有變成恒星的潛質(zhì)嗎?

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:Jupiter·木星

當(dāng)一顆天體的壓力和收縮引力平衡時(shí),恒星就形成了

首先,恒星誕生最初一般都是一團(tuán)密度均勻、稀薄的星際氣體演變而來的,最初這些氣體中心的星際物質(zhì),在引力的作用下相互地吸引,然后聚集在一起,這樣就慢慢的變大,變大之后吸力也越來越大,就像滾雪球一樣,周邊的物質(zhì)聚集的越來越多,這就導(dǎo)致了中心的密度不斷的增加,受到的壓力也增加,繼而溫度升高,當(dāng)這個(gè)中心的壓力和溫度達(dá)到了一定界限之后,中心部分就會(huì)向外開始放出輻射,自身壓力和收縮引力平衡時(shí),這樣一顆新的恒星就誕生了。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:恒星誕生過程示意圖

其次,恒星的結(jié)構(gòu)分為幾個(gè)部分:非固態(tài)、液態(tài)以及氣態(tài)的第四態(tài)等離子。

這幾部分構(gòu)成的恒星最顯著的特征就是自身可以發(fā)光,像是我們地球圍繞的太陽,就是一顆典型的恒星,為太陽系提供光和熱。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:恒星結(jié)構(gòu)示意圖

在上述中,我們已經(jīng)知道恒星誕生有兩個(gè)條件:

  • 第一、核聚變需要的氫元素。
  • 第二、要擁有足夠的質(zhì)量。

因?yàn)橹挥匈|(zhì)量達(dá)到一定程度后,核心區(qū)域才會(huì)產(chǎn)生足夠的溫度和壓強(qiáng),木星作為太陽系內(nèi)質(zhì)量和體積最大的行星,大氣層內(nèi)氫元素占比為75%、氦元素占比為24%,有趣的是這些元素的占比與太陽的氫氦分布也基本相同,太陽的氫元素占太陽質(zhì)量的3/4,早在上世紀(jì)就已經(jīng)發(fā)現(xiàn),木星釋放出來的熱能是其自身吸引太陽熱能的2.7倍,也就是說木星的內(nèi)核也像太陽的核心一樣在進(jìn)行熱核反應(yīng),發(fā)現(xiàn)木星有任何反應(yīng),是探測(cè)器在經(jīng)過木星時(shí)檢測(cè)到木星的溫度比預(yù)計(jì)的要高,而且木星的結(jié)構(gòu)與太陽非常相似,由氫和氦組成大氣層,而且木星的結(jié)構(gòu)與太陽非常相似,由氫和氦組成大氣層,而且都有一顆固態(tài)金屬組成的核心。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:木星結(jié)構(gòu)示意圖

雖然體積遠(yuǎn)不及太陽的1%。但在宇宙中已知最小的恒星“EBLM J0555-57Ab”甚至比木星還小,而且越是這種質(zhì)量較小的迷你恒星壽命遠(yuǎn)超過其它大型恒星,在這些迷你恒星附近更容易找到另外文明的蹤跡,以我們的太陽為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,在0.075~0.5倍太陽質(zhì)量的紅矮星就是宇宙中質(zhì)量最小的恒星,所以說恒星的質(zhì)量下限就是0.075倍太陽質(zhì)量,因此,木星只要達(dá)到這個(gè)質(zhì)量,其核心區(qū)域的溫度和壓強(qiáng)就能點(diǎn)燃?xì)湓禺a(chǎn)生核聚變反應(yīng),從而讓木星“蛻變”成一顆紅矮星。

木星實(shí)際上就是一顆失敗的恒星

或者說木星其實(shí)就是,太陽形成時(shí)的留下來的氫氦殘?jiān)?,為什么這么說呢?

太陽大約誕生于50億年前,當(dāng)時(shí)在太陽系的位置是一片原始星云,稱之為“太陽星云”。這個(gè)時(shí)候還沒有太陽,而在星云的中心位置物質(zhì)密集,這個(gè)時(shí)候物質(zhì)不斷聚合,形成一顆初期的小天體,這個(gè)天體通過自身的引力不斷吸附凝聚周圍的大量物質(zhì)向它靠攏,而隨著它的質(zhì)量越來越大,有一天它的質(zhì)量達(dá)到了木星質(zhì)量75倍的時(shí)候,其內(nèi)部中心的位置終于開始發(fā)生氫核聚變,星核內(nèi)核聚變被點(diǎn)燃,它開始向恒星轉(zhuǎn)變。

太陽剛剛形成的時(shí)候,它的周圍圍繞了無數(shù)顆各類星體,它們有大有小,數(shù)量多到無法估計(jì),這些天體當(dāng)中就有8大行星,其中包括木星和地球,因?yàn)樘栕钤缧纬?,所以它的質(zhì)量也是最大,當(dāng)它的質(zhì)量越來越大,能夠吸引的天體和物質(zhì)也就越來越多,因此,當(dāng)時(shí)還處于太陽系早期的時(shí)候,太陽系大部分的物質(zhì)都被它吸附過去,不斷壯大自身,最后太陽系99.86%的物質(zhì)都被太陽吸收了,它也終于演化到現(xiàn)在的太陽規(guī)模,成為真正的恒星。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:太陽誕生時(shí)期

木星比太陽晚一步形成,可就是這么一個(gè)時(shí)間差,卻讓木星無緣恒星。

最初的木星軌道并沒有現(xiàn)在這么靠外,而是距離太陽很近的位置,木星的質(zhì)量在當(dāng)時(shí)是僅次于太陽,如果不是后來天體的不斷撞擊,將木星逐漸偏離,遠(yuǎn)離了太陽中心的位置,說不定后面也可以形成另一顆恒星。太陽系就會(huì)成為一個(gè)雙星系統(tǒng),可惜太陽形成的早期太陽系的動(dòng)蕩很厲害,尤其是中心位置,物質(zhì)密集、天體眾多,太陽早一步形成,它的質(zhì)量已經(jīng)有了一定規(guī)模,所以不怕這些小天體的撞擊。

可當(dāng)時(shí)的木星也沒有現(xiàn)在的體積,還只是一個(gè)小天體,被其他天體撞擊到離太陽更遠(yuǎn)的位置后,它想要成為恒星就非常困難了,原因就是離當(dāng)時(shí)太陽星云中心越遠(yuǎn)的位置,物質(zhì)越稀少,天體也稀少,這個(gè)時(shí)候木星由于無法吸收更多的天體,無法繼續(xù)長(zhǎng)大,它的質(zhì)量也無法獲得巨大的提升,沒有這樣的優(yōu)勢(shì),木星內(nèi)部也沒有辦法發(fā)生核聚變,讓木星成為一顆恒星,因此導(dǎo)致了木星成為一顆“失敗的恒星”。

雖然木星向核心的轉(zhuǎn)化失敗了,可由于它誕生于太陽星云的中心附近,它仍然依靠自身的引力吸收了不少的物質(zhì),其質(zhì)量已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于其他的天體,這樣當(dāng)木星被天體撞偏遠(yuǎn)之后,它繼續(xù)吸收周圍的物質(zhì)也在一步步壯大,最后成為了一顆氣態(tài)巨型型成為行星的老大,所以說木星的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到能夠發(fā)生核聚變的程度。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

恒星維持核聚變真的很難嗎?

實(shí)際上核心的核聚變釋放能量的效率也是很低的,像太陽核心當(dāng)中的核聚變釋放的能量(276微瓦/立方厘米)也僅相當(dāng)一個(gè)人靜心時(shí)散發(fā)的熱量的功率,所以要維持核聚變是相當(dāng)困難,木星需要至少到達(dá)目前75倍的質(zhì)量才能啟動(dòng)氫核聚變而成為恒星,雖然最小的紅矮星半徑僅比木星大30%左右。

在木星形成之初,木星的溫度要高得多,且直徑是目前的兩倍,在那個(gè)時(shí)候它都沒有爆發(fā),以后就更難說了,例如太陽中心的溫度高達(dá)1500萬攝氏度,其實(shí)木星之所以不是恒星,根本上不是因?yàn)樗脑睾浚且驗(yàn)樗馁|(zhì)量,理論上一個(gè)星體只有達(dá)到木星質(zhì)量的75倍,才能啟動(dòng)內(nèi)部的氫核核聚變成為恒星。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

木星成為了恒星對(duì)太陽系的影響

宇宙中像太陽系的這種星系,它們形成機(jī)制其實(shí)都差不多,我們了解了太陽系形成的過程,自然也能夠明白其他星系形成過程,但是木星成為恒星的話會(huì)帶來嚴(yán)重的影響,一旦木星成為恒星,首先影響的就是小行星帶,要知道恒星是非常霸道的,它強(qiáng)大的太陽風(fēng)和引力是不允許周圍出現(xiàn)大量的小天體。所以小行星帶會(huì)被清理,一部分小行星被木星引力拉扯墜入其中,另一部分則會(huì)被推出去成為流浪的小行星,一旦小行星帶的小行星脫離原來的軌道,對(duì)于地球的威脅自然就會(huì)增大,有可能會(huì)發(fā)生小行星撞擊地球事件。

一顆失敗的恒星“偽行星”存在于太陽系中

圖解:行星成為“流浪小行星”的軌道

所以木星成為恒星,雖然產(chǎn)生的能量對(duì)于地球生命來說非常小,但是帶來的間接影響,可能會(huì)嚴(yán)重威脅地球生命的安全,所以說恒星在星系中所占的質(zhì)量再大,對(duì)星系的穩(wěn)定做貢獻(xiàn)越強(qiáng),像太陽系這樣的星系,太陽的質(zhì)量足夠可以牢牢束縛住其他行星的運(yùn)行軌道,讓它們安全穩(wěn)定的運(yùn)行在其周圍,如果恒星的質(zhì)量在星系中占比不高,那么這個(gè)星系的穩(wěn)定性也是會(huì)差很多,沒有一個(gè)穩(wěn)定安全的星系環(huán)境,一顆星球想要誕生生命甚至是智慧生命,那基本是不可能的??偠灾?,在我們的太陽系中沒有足夠的物質(zhì)提供給木星,讓其成為恒星。

(完)

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