摘要
朱诺号任务1提供了木星引力场的准确测定2该卫星被用来获取有关火星组成和内部结构的信息。符合探测器数据的几个木星结构模型表明，这颗行星有一个稀释的核心，重元素的总质量在地球质量的10到几十倍之间(约为木星质量的5%到15%)，重元素(氢和氦以外的元素)分布在一个延伸到木星半径近一半的区域内3.，4．行星形成模型表明，大多数重元素是在行星形成的早期阶段吸积而形成相对致密的核心5，6，7在随后的失控气体吸积过程中几乎没有固体被吸积8，9，10．木星被稀释的核心，加上其可能的高重元素富集，因此挑战了标准的行星形成理论。一种可能的解释是最初致密的重元素核心的侵蚀，但这种侵蚀的效率是不确定的，它取决于金属氢中重质物质的不混溶性和行星演化过程中的对流混合11，12．另一个可以解释这种结构的机制是小行星的富集和蒸发13，14，15在形成过程中，虽然相关模型通常不能产生扩展稀释岩心。在这里，我们展示了一个巨大的行星胚胎和原始木星之间的一次足够能量的正面碰撞(巨大碰撞)可能粉碎了它原始的致密核心，并将重元素与内层混合在一起。这种情景的模型导致了一个内部结构，与稀释的核心一致，持续了数十亿年。我们认为碰撞在年轻的太阳系中很常见，类似的事件可能也发生在土星上，这导致了木星和土星之间的结构差异16，17，18．
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数据可用性
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FLASH代码可在以下网站公开下载http://flash.uchicago.edu/site/flashcode．在FLASH框架中实现巨大冲击模拟可根据要求提供。反弹代码可在以下网站公开下载https://github.com/hannorein/rebound．MESA代码是一个开源的恒星演化代码，可以在http://mesa.sourceforge.net．MESA代码的修改版本还没有准备好公开发布——它将在未来的工作中呈现(s.m.， A. Cumming & R.H.;手稿正在准备中)。本研究使用Gnuplot、Jupyter Notebook、Mathematica、VisIt和yt python包进行数据缩减和表示。
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确认
我们感谢S. M. Wahl和Y. Miguel与我们分享他们的研究结果。我们感谢A. Cumming的技术支持和讨论。我们感谢J. J. Fortney, P. Garaud和H. Rein的对话。美国橄榄球联盟感谢阿斯彭物理中心在这项工作的早期阶段提供的支持和热情款待。D.L.感谢普林斯顿大学高等研究院、天文研究所以及剑桥大学应用数学和理论物理系在这项工作完成期间的支持和款待。R.H.感谢来自SNSF资助号200021_169054的支持。人工智能感谢美国国家航空航天局(80NSSC18K0828)和国家科学基金会(AST-1715719)的支持。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
d。l。想到了撞击场景。美国联邦劳工联盟和人工智能研究了它的可行性。美国橄榄球联盟协调了这项研究。s. f . l .和Y.H.设计并分析了水动力模拟。x.z和s.f.l进行了分析N身体模拟。S.M.和R.H.设计了长期热演化研究。所有作者都参与了讨论，并对手稿进行了编辑和修改。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
出版商的注意:施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图2扩展数据图中各数据集的碰撞角度直方图1．
一个，第一组;b，第二组;c，第三组;d第4组。仓尺寸为5°，每个地块有18个仓。碰撞角以度为单位。红色虚线表示每种情况的中值。结果表明，正面碰撞比擦擦碰撞更常见(更大的百分比概率)。每个案例都有不同的N但它们都在1000到1500之间。
扩展数据图3原始木星与10合并的二维快照米⊕岩石/冰核和10米⊕撞击器。
一个，撞击前轨道平面密度等高线;b，在撞击物到达岩心之前;c，毁灭后的核心;d，在撞击后约10小时。从模拟开始开始，测量每个面板中的时间。
扩展数据图4原木星与10合并引起的内能变化米⊕岩石/冰核和10米⊕撞击器。
一个，封闭热力学能E内部是木星撞击前后半径的函数。b，封闭内能的净变化量ΔE内部木星半径的函数。
扩展数据图5原始木星与17米⊕核心和1米⊕撞击器。
一个，撞击前轨道平面密度等高线;b，在撞击物到达岩心之前;c，与核心合并后;d，在撞击后约10小时。从模拟开始开始，测量每个面板中的时间。
扩展数据图6撞击后演化的初始条件。
一个，撞击后的初始重元素剖面;b，用于热演化的模型的温度分布。重元素分布取自大碰撞后10 h的水模拟。实线表示正面碰撞，虚线表示倾斜45°角碰撞的结果。这些颜色描述了具有不同初始热态的模型。参见文本和扩展数据表2欲知详情。半径以现在木星的半径为标准RJ．
扩展数据图7演化4.56 Gyr后正面碰撞的密度与归一化半径。
颜色对应不同的模型假设:模型H-4.3、H-4.5和H-4.7对应撞击时不同中心温度的初始热廓线，而模型H-radenv假设有一个辐射包络的原始木星。模型h - 4.5 -低α使用较短的混合长度，模型h -4.5-semi允许半对流混合，在模型H-4.5-rock中，为了EOS目的，重元素用岩石代替水表示。插图放大区域，标准化半径在0.15和0.5之间。参见文本和扩展数据表2欲知详情。
图8演化4.56 Gyr后斜碰撞的密度与归一化半径。
颜色对应不同的模式假设:O-4.3、O-4.5和O-4.7模式对应撞击时不同中心温度的初始热廓线。模型o - 4.5 -低α使用较短的混合长度，模型o -4.5-semi允许半对流混合，并且在模型O-4.5-rock中，为了EOS目的，重元素用岩石代替水表示。插图以0.15到0.4之间的标准化半径放大该区域。参见文本和扩展数据表2欲知详情。
补充信息
视频1
三维剖面图动画的后果之间的一个原始木星和一个巨大的行星胚胎迎头碰撞。动画的快照在正文中显示在图1中。
视频2
一个原始木星和一个巨大的行星胚胎之间迎头碰撞的密度轮廓的2D动画。动画的快照显示在扩展数据图3中。
视频3
一个原始木星和一个巨大的行星胚胎之间斜碰撞的密度轮廓的2D动画。动画的快照如图3所示。
视频4
一个具有巨大核心的原始木星和一个小型行星胚胎之间迎头碰撞的密度轮廓的2D动画。动画的快照显示在扩展数据图5中。
视频5
H-4.5模型温度、密度、比熵和重元素质量分数在4.5 Gyr上的演化动画。在模拟结束时，形成一个稀释的核心。详细信息请参见方法。
视频6
h -4.5-半导体模型温度、密度、比熵和重元素质量分数在4.5 Gyr上演化的动画。在模拟结束时，形成一个稀释的核心。详细信息请参见方法。
视频7
模型H-4.7的温度、密度、比熵和重元素质量分数在4.5 Gyr上的演化动画。在模拟结束时，由于内部非常热，撞击消失后建立的成分梯度。详细信息请参见方法。
权利和权限
关于本文
引用本文
刘,科幻小说。，Hori, Y., Müller, S.et al。由巨大的撞击形成的稀释了的木星核心。自然572， 355-357(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1470-2
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1470-2
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