银河系中已知最小的主序恒星是一个真正的小精灵。
它被称为EBLM J0555-57Ab,一颗距离600光年的红矮星。平均半径约为 59,000 公里,这只是一点点比土星还大。这使得它成为已知最小的支持其核心氢聚变的恒星,这个过程使恒星不断燃烧,直到耗尽燃料。
在我们的太阳系中,有二比这颗小恒星还大的物体。显然,其中之一就是太阳。另一个是,就像一大勺冰淇淋,以平均半径进入69,911 公里。
那么为什么木星是行星而不是恒星呢?
简短的答案很简单:木星没有足够的质量将氢聚变成氦。 EBLM J0555-57Ab 的质量约为木星质量的 85 倍,大约与恒星一样轻 - 如果再低一些,它也无法融合氢。但如果我们的太阳系不同,木星会被点燃成恒星吗?
木星和太阳比你想象的更相似
这颗气态巨行星可能不是恒星,但木星仍然是一个大问题。它的质量是2.5倍所有其他行星的总和。只是,作为一颗气态巨行星,它的密度非常低:大约每立方厘米 1.33 克;地球的密度为每立方厘米 5.51 克,仅比木星高四倍多。
但值得注意的是木星和太阳之间的相似之处。太阳的密度为每立方厘米1.41克。这两个物体在构图上非常相似。按质量计,太阳大约由 71% 的氢和 27% 的氦组成,其余由微量的其他元素组成。木星按质量大约 73% 是氢气,24% 是氦气。
木星及其卫星木卫一的插图。 (NASA 戈达德太空飞行中心/CI 实验室)
正是由于这个原因,木星有时被称为失败的恒星。
但如果依靠太阳系自身的力量,木星仍然不太可能成为一颗恒星。
你看,恒星和行星是通过两种截然不同的机制诞生的。当星际分子云中的致密物质结在自身重力作用下塌陷时,恒星就诞生了——噗!弗洛夫! - 在称为云塌陷的过程中旋转。当它旋转时,它会将更多物质从周围的云中卷入恒星吸积盘。
随着质量和重力的增加,小恒星的核心被挤压得越来越紧,导致它变得越来越热。最终它变得如此压缩和炽热,核心被点燃,热核聚变开始。
根据我们对恒星形成的理解,一旦恒星吸积完物质,就会留下大量的吸积盘。这就是行星的组成部分。
天文学家认为,对于像木星这样的气态巨行星,这个过程(称为卵石吸积)始于圆盘中的小块冰冷岩石和尘埃。当它们绕小恒星运行时,这些物质开始碰撞,并通过静电粘在一起。最终,这些生长的团块达到足够大的尺寸 - 大约10 地球质量- 它们可以通过重力从周围的圆盘中吸引越来越多的气体。
从那时起,木星逐渐增大到目前的质量——大约是地球质量的318倍,太阳质量的0.001倍。一旦它吸收了所有可用的材料——距离氢聚变所需的质量相当远——它就停止生长。
因此,木星的质量从未接近成为恒星的程度。木星与太阳的成分相似,并不是因为它是一颗“失败的恒星”,而是因为它是从诞生太阳的同一分子气体云中诞生的。
(NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran/Flickr/CC-BY-2.0)
真正的失败明星
有一类不同的物体可以被视为“失败的星星”。这些是褐矮星,它们填补了气态巨星和恒星之间的空白。
这些物体的质量大约是木星的 13 倍,其质量足以支持核心聚变——不是普通的氢,而是氘。这也称为“重”氢;它是氢的同位素,原子核中有一个质子和一个中子,而不仅仅是一个质子。其熔化温度和压力均低于氢的熔化温度和压力。
由于氘聚变发生在较低的质量、温度和压力下,因此氘聚变是恒星氢聚变过程中的中间步骤,因为它们会继续积累质量。但有些物体永远不会达到那个质量;这些被称为棕矮星。
在他们存在之后的一段时间内1995年确认,尚不清楚褐矮星是否是成绩不佳的恒星或过于雄心勃勃的行星;但多项研究已经证明它们形成就像星星一样,来自云塌陷而不是核心吸积。有些褐矮星的质量甚至低于氘燃烧的质量,与行星无法区分。
木星正好处于云塌陷的质量下限;云塌陷物体的最小质量估计为大约一木星质量。因此,如果木星是由云塌陷形成的,那么它可以被认为是一颗失败的恒星。
但来自 NASA 朱诺号探测器的数据表明,至少从前,木星有一个坚固的核心——这与核心吸积形成方法。
模型表明,通过核心吸积形成的行星质量的上限是小于木星质量的10倍- 距离氘聚变只有几个木星质量。
所以,木星并不是一颗失败的恒星。但思考为什么它不是一个可以帮助我们更好地理解宇宙是如何运作的。此外,木星是一个条纹状的,暴风雨的,旋涡状的奶油糖果本身就令人惊叹。没有它,我们人类甚至可能根本不存在。
然而,那是另一个故事了,下次再说。