PRL ：大多数系外行星可能没有内核

顾汉现

作者：Hugh Wilson 来源：PRL

发布时间：2011-12-26 11:26:48



大多数系外行星可能没有内核
木星的内核正在被侵蚀，但没人知道到底有多快。

图片来源：旅行者2号/NASA/JPL/USGS

木星是自身成就的牺牲者。一些复杂的新计算表明，这颗太阳系中最大的行星——质量比其他几颗行星质量总和的两倍还要大——已经摧毁了其核心的一部分。然而具有讽刺意味的是，罪魁祸首恰好是把木星打造成一颗气态巨行星的氢和氦——随着行星的形成，其内核的引力对这些元素产生了吸引。这一发现意味着大多数巨大的太阳系外行星可能根本就没有内核。

天文学家之所以把木星称为气态巨行星，缘于其大部分由氢和氦构成，后者在地球上都是气体。然而在木星上，由行星引力产生的巨大压力将大部分氢压缩为一种能够导电的金属流体。氢和氦包围着一个由铁、岩石和冰构成的中心核。而这一内核——质量相当于地球质量的10倍——仅仅是质量为地球318倍的行星的一小部分。

如今，美国加利福尼亚大学伯克利分校的行星科学家Hugh Wilson和Burkhard Militzer完成了一些量子力学计算，旨在搞清当位于行星中央的氧化镁（MgO）——木星内核岩石中的一种关键成分——被一种氢—氦流体所浸没时会发生什么。这里的温度约为16000开氏度——比太阳表面的温度还热，压力相当于4000万个大气压。这些情况非常极端，没有试验能够复制它们。

根据研究小组的计算，MgO具有非常高的溶解度。就像研究人员在递交给《物理评论快报》的一篇论文所表述的那样，尽管侵蚀的确切速度尚未搞清，但这意味着木星内核中的固体岩石正在溶解为液体。Wilson和Militzer较早前曾计算过木星内核中的冰也在溶解。因此，木星现在的内核可能并没有行星形成时那么大。

加利福尼亚理工学院的行星科学家David Stevenson表示，新的研究很重要，因为科学家想要了解木星是如何随着时间的流逝而变化的。Stevenson说：“如果能做到这一点，那么我们将能够就木星在形成之初是什么样子给出一个非常有用的描述。”“在那时，它是否曾有一个巨大的核？如果有，是地球质量的10倍，15倍，还是5倍？”2016年，美国宇航局（NASA）的朱诺号探测器将开始环绕木星运行，并通过测量其引力场提供有关行星现在内部情况的数据。

同时，这些计算的意义已经超越了木星。围绕其他恒星运行的许多行星比木星还要大，因此它们的内核可能要更为炙热。Militzer表示：“对这些行星而言，内核侵蚀可能要快得多。”这意味着质量是木星数倍的气态巨行星或许根本就是没有内核的，从而改变了科学家们秉持许久的有关这些遥远世界的认识。（赵路）

更多阅读

PRL发表论文摘要（英文）：

http://arxiv.org/abs/1111.6309