木星和土星的形成途徑不同

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【大紀元8月7日訊】50億年前,太陽系中最大的兩顆行星—木星和土星幾乎同時形成,不過,形成方式卻迥然不同。美國加州大學洛斯艾摩斯實驗室(Los Alamos National Laboratory)科學家Didier Saumon等人利用電腦模擬它們形成過程的細節,相關論文發表在天文物理期刊(Astrophysical Journal)中。

木星、土星、天王星和海王星都是所謂的氣體行星,與太陽一樣,其質量的70%是氫,剩下的30%是氦和其他重元素。不過,由於氫氣在高壓狀態下會呈現什麼性質(物理上稱為狀態方答7b式equation of state)一直不甚清楚,因此,天文學家很難估算這些大型氣體行星的內部結構。

美國和蘇俄等國的科學家陸續進行了許多年的實驗,看看氫元素受到數百萬倍大氣壓的強大衝擊壓縮下,如何形成氘(deuterium,或稱重氫,為氫的同位素)或游離等,看看氫的行為如何改變,其狀態方程式該如何描述,才會符合目前巨行星狀態。

Didier Saumon蒐集這些實驗的資料,並將之應用在他的電腦程式中,經過50000個不同的模擬之後,最後結果確認難揮發的重元素,如鐵、矽、碳、氮、氧等,在土星上會集中在其核心中,不過在木星上卻會被強力的亂流帶的到處都有,在木星核心反而很少重元素的存在。由此,天文學家認為很可能是因為這兩顆行星的形成過程不同所致。

雖然土星和木星上重元素分佈不同的事實,天文學家早有所悉,不過這個電腦模擬的結果,因已排除了許多先前對氫狀態方程式不確定的因素,因此可幫助天文學家確定更多關於木星與土星如何從太陽星雲中形成的過程細節。Saumon等人希望卡西尼號太空船和未來其他太陽系空間的太空船任務,能夠利用實際觀測資料幫助檢測與驗證這些模擬結果。 (台北市立天文科學教育館)@(http://www.dajiyuan.com)

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