为什么木星不是一颗恒星?

银河系中已知最小的主序星是一个真正的小精灵。

它被称为EBLM J0555-57Ab，一颗600光年外的红矮星。它的平均半径约为59，000公里，只比土星大一点。这使得它成为已知已知最小的恒星，在其核心支持氢聚变，这一过程使恒星保持燃烧，直到它们耗尽燃料。

在我们的太阳系中，有两个物体比这颗小小的恒星大。显然，一个是太阳。另一个是木星，就像一个巨大的冰淇淋勺，平均半径为69，911公里。

那么，为什么木星是一颗行星而不是一颗恒星呢？

简短的答案很简单：木星没有足够的质量将氢融合成氦。EBLM J0555-57Ab的质量大约是木星的85倍，大约和恒星一样轻——如果它更低，它也无法融合氢气。但是，如果我们的太阳系不同，木星会被点燃成恒星吗？

木星和太阳比你所知道的更相似

这颗气体巨行星可能不是恒星，但木星仍然是一件大事。它的质量是所有其他行星总和的2.5倍。只是，作为一个气体巨人，它的密度非常低：每立方厘米约1.33克;地球的密度为每立方厘米5.51克，比木星高出四倍多。

但有趣的是，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。按质量计算，太阳大约71%是氢和27%的氦，其余的由微量的其他元素组成。木星的质量约为73%的氢和24%的氦。

木星及其卫星埃欧的插图。（美国宇航局戈达德太空飞行中心/CI实验室）

正是出于这个原因，木星有时被称为失败的恒星。

但是，如果留给太阳系自己的设备，木星甚至不太可能接近成为一颗恒星。

你看，恒星和行星是通过两种截然不同的机制诞生的。当星际分子云中密集的物质结在自身引力下坍缩时，恒星就诞生了——砰！– 在称为云崩溃的过程中旋转。当它旋转时，它会从周围的云层中摄取更多的物质，形成一个恒星吸积盘。

随着质量的增长- 以及重力 – 的增长，婴儿恒星的核心被挤压得越来越紧，这导致它变得越来越热。最终，它变得如此压缩和炽热，核心点燃，热核聚变开始。

根据我们对恒星形成的理解，一旦恒星完成了吸积物质，就会留下大量的吸积盘。这就是行星的组成。

天文学家认为，对于像木星这样的气态巨行星来说，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。当它们绕着婴儿星运行时，这些物质开始碰撞，与静电粘在一起。最终，这些不断增长的团块达到足够大的大小 – 大约10个地球质量 – 它们可以从周围的圆盘中引力吸引越来越多的气体。

从那时起，木星逐渐增长到现在的质量 – 大约是地球质量的318倍，太阳质量的0.001倍。一旦它吞噬了所有可用的物质 – 与氢聚变所需的质量相当远 – 它就停止了生长。

因此，木星甚至从未接近过增长到足以成为恒星的程度。木星的成分与太阳相似，不是因为它是一颗”失败的恒星”，而是因为它诞生于产生太阳的同一分子气体云。

（NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran/Flickr/CC-BY-2.0）

真正的失败之星

有一类不同的物体可以被认为是”失败的恒星”。这些是褐矮星，它们填补了气态巨行星和恒星之间的空白。

这些天体的质量大约是木星的13倍，其质量足以支持核心聚变——不是正常的氢，而是氘。这也被称为”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。其聚变温度和压力均低于氢气的聚变温度和压力。

因为它发生在较低的质量，温度和压力下，氘聚变是恒星氢聚变途中的中间步骤，因为它们继续吸积质量。但是有些物体永远不会达到那个质量;这些被称为褐矮星。

在1995年确认褐矮星的存在之后的一段时间里，人们不知道褐矮星是成就不佳的恒星还是野心勃勃的行星。但一些研究表明，它们就像恒星一样形成，来自云层坍缩而不是核心吸积。一些褐矮星甚至低于氘燃烧的质量，与行星无法区分。

木星正好处于云层坍缩的质量下限;云坍缩物体的最小质量估计约为木星质量的一倍。因此，如果木星是由云层坍缩形成的，它可以被认为是一颗失败的恒星。

但来自美国宇航局朱诺号探测器的数据表明，至少从前，木星有一个坚实的核心 – 这与核心吸积形成方法更一致。

建模表明，通过核心吸积形成的行星质量的上限不到木星质量的10倍 – 只有几个木星质量比氘聚变还差。

所以，木星不是一颗失败的恒星。但是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工作的。此外，木星本身就是一个条纹状，暴风雨，漩涡状的奶油糖奇迹。没有它，我们人类甚至可能无法生存。

然而，这是另一个故事，需要再讲一次。

本文的一个版本于2021年1月首次发布。

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