【菜科解读】

大碰撞是如何影响太阳系行星形成的？

在天文学家眼中，行星的起源仍然是一个不太清晰的过程。

在原始行星盘上两个天体的碰撞示意图 图片来自盖蒂图片社的科学类图片，贡献者：麦克•格里克

行星的形成，涉及到一些实实在在的物理过程。

这是最近一篇论文提出的观点，它探讨了大型碰撞事件对行星形成的重要意义。

目前天文学家对行星的起源过程仍然不太明确。

最初，一个恒星系统除了恒星本身，剩下的只是围绕恒星旋转的一堆气体和尘埃。

然后一些气体通过初步合并形成行星的种子。

行星的起源来自恒星周围的尘埃和气体（图片来自网络）

上百万年过去后，无数的种子进一步合并、增大，并开始吸引附近的物质。

然后到达某种临界阶段：形成数千颗到几百万颗的微行星，它们围绕着恒星旋转，每一颗大小都只有几百公里。

无数的行星种子（图片来自网络）

这些微行星通过进一步碰撞和融合，最终形成原始态的行星。

但即使完成这个过程，这种剧烈运动仍未结束。

至于下一步会发生什么，这引起了天文学家的激烈争论，最近有一篇发表的文章《大型碰撞在行星形成过程中的角色》，对此进行了总结。

即使在今天，行星依然在不断遭受撞击，只不过大部分都属于小型撞击，虽然碰撞能量很大，最终也只是在行星表面留下一个陨石坑。

而大型碰撞事件虽然更罕见，其释放能量却远大于一般的碰撞，这种碰撞发生在两颗相近质量的行星之间。

这种碰撞将彻底的重新塑造行星，改变其命运，甚至影响行星的宜居性。

比如，很多天文学家相信我们的月球是源于一次巨大的碰撞 - 一个火星大小的天体撞击了地球。

这次碰撞摧毁了闯入天体，同时也导致地球的地壳蒸发了相当大的一部分，将其抛向轨道，最终又合并形成新天体，就是我们的月球。

没有这次大型碰撞，我们就不会有这样大的一个月球，而这次碰撞对地球上的生命产生至关重要，因为月球使得地球地轴的倾斜在几十亿年中保持了稳定。

一次巨型碰撞导致月球形成（图片来自网络）

另一方面，大型碰撞事件也可能是毁灭性的。

以水星为例，其最初大小很可能比现在大得多，几乎是当前尺寸的2倍。

但是一个地球质量大小的天体碰撞摧毁了其地幔，在经历蒸发之后，水星就再也无法回到当初的大小了。

两颗原始行星的内核在融合之后，使得新生的水星拥有了一个大得多的新内核。

科学家们这样推测，正是因为发现水星当前的内核大小明显超出了水星本来应该具有的内核尺寸。

这种剧烈碰撞不仅局限于太阳系内侧。

让我们看看天王星的情况：位于小行星带外侧的天王星具有严重的倾斜，它几乎是躺在公转轨道上的，天王星的卫星绕行轨道则与太阳系的平面垂直。

造成这种现象的一个可能的原因，就是曾经发生过一次大的碰撞：一个2-3倍地球质量的天体撞击了天王星，在其侧面产生剧烈的撞击，然后将碎片抛向附近的轨道，形成天王星的一系列卫星。

天王星和地球的自转轴角度差异，可以看出天王星几乎是躺着围绕太阳运转的（图片来自网络）

在碰撞的简单模型中，是假定撞击者被合并到被撞击的行星中，并增大了后者。

此外，作者也描述了一些更复杂的撞击情形：最常见的撞击事件是一个撞完就跑的场景，撞击者倾斜撞向行星，损失其部分物质，但是最终能够独立幸存下来。

尽管如此，两颗行星一旦发生撞击，它们的轨道就会永久发生改变，并且很可能会再次发生撞击。

在几百万年中的一系列撞完就跑事件后，被撞击行星的地幔质量会不断增大，而撞击者的外层物质逐渐剥离。

由于无法回退时间，我们永远无法准确的了解整个太阳系的形成过程，因此我们也无法完全确定大型撞击事件对行星形成过程的影响。

但是随着我们对碰撞过程的深入研究，我们会对行星的多样化演变结果有更深入的理解。

这种理解对于我们在星系中搜索移居行星是非常重要的，因为像类地行星的罕见也许和激烈的行星形成过程有密切关系。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空