木星稀释核由巨碰撞形成

朱诺号任务已精确测定了木星的引力场，并借此获取了该行星组成与内部结构的信息。若干符合探测器数据的木星结构模型表明，该行星具有一个稀释核，其总重元素质量在十至数十个地球质量之间（约为木星质量的 5-15%），且重元素（除 H 与 He 之外的元素）分布在一个延伸至近半个木星半径的区域内。行星形成模型指出，大多数重元素在行星形成的早期阶段吸积以形成相对致密的核心，而在随后的失控气体吸积过程中几乎不再吸积固体。因此，木星的稀释核连同其可能的高重元素富集，对标准行星形成理论提出了挑战。一种可能的解释是初始致密重元素核的侵蚀，但这种侵蚀的效率尚不确定，且取决于重材料在金属氢中的不混溶性以及行星演化过程中的对流混合。另一种能解释该结构的机制是形成过程中的星子富集与汽化，尽管相关模型通常无法产生延展的稀释核。本文表明，一个大质量行星胚胎与原木星之间能量足够高的正碰（巨碰撞）可能击碎其原始致密核，并将重元素与内层包层混合。此类情景的模型所导出的内部结构，与稀释核一致，并在数十亿年间持续存在。我们认为碰撞在年轻的太阳系中十分普遍，且类似事件也可能发生于土星，从而导致木星与土星之间的结构差异。