為什麼土星的密度那麼小，只有其他巨行星的一半？

1樓：多因地殼運動論

在高中地理必修一第一章所講的巨行星是木星和土星。遠日行星天王星、海王星其質量乙個比地球大14.63倍，乙個大17.22倍。

土星的密度是0.70g/cm3（氣體土星），木星的密度是1.33g/cm3（氣體木星）。

土星大氣氫為96.3%，氦為3.25%。木星大氣氫為75%，氦為24%。

氫的密度為0.09g/cm3，氦的密度0.13g/cm3。

土星、木星的內部都是固態石質核。

土星密度是木星的一半的原因可能有如下幾種：

1、土星的石質核所佔體積比例小，木星石質核所佔比例相對大；

2、土星氫所佔體積比大，木星的小。

3、土星的石質核密度小於木星的石質核。

2樓：曇花再現

土星密度低是因為它主要由低密度的物質——氫和氦（約佔90%）組成，作為對比，冰巨星天王星和海王星的氫氦大約只佔20%，它們的主要成分是天文學上稱為「冰」的物質：水、氨、甲烷等等。

木星也是主要由氫氦組成的，那麼木星為什麼密度高於土星呢？

我們來看維基百科上木星詞條中的一段：

理論模型顯示如果木星的質量比現在更大，而不是僅有目前的質量，它將會繼續收縮[33]。質量上的些許改變，不會讓木星的半徑有明顯的變化，大約要在500地球質量（1.6MJup）才會有明顯的改變[33]。

儘管隨著質量的增加，內部會因為壓力的增加而縮小體積。結果是，木星被認為是一顆幾乎達到了行星結構和演化史所能決定的最大半徑[34]。隨著質量的增加，收縮的過程會繼續下去，直到達到可察覺的恆星形成質量，大約是50MJup的高質量棕矮星

[35]。

這就是說，木星的質量太大（318倍地球），其引力導致了收縮，被壓得更緻密了。如果往木星裡繼續新增原料，它不僅不會變得更大，反而會變小。

如果宇宙中沒有核聚變這回事，可以想象，持續地往木星這樣的星體裡新增物質，它會在巨大引力下繼續縮小，密度越來越高，如果質量達到太陽那麼大（其實遠遠不用太陽那麼大），那麼它將直接坍縮成一顆白矮星。

但事實上，因為核聚變的存在，當質量達到木星13倍以上時，會引發氘的聚變，星體就成為了棕矮星。因為核聚變放出的巨大能量會抵抗引力收縮，質量越大體積越小的規律才被打破。

當質量達到65倍木星質量，鋰聚變會被引發。而達到80倍木星質量後，氕（氫1）的聚變被引發，星體成為乙個真正的恆星（紅矮星）。恆星的密度，是引力收縮與核聚變放出的能量（會導致膨脹）平衡的結果。

而土星質量（95倍地球）則遠沒有達到能夠把自己壓得很緻密的程度。

我們也可以合理推測，如果存在一顆地球這麼大質量而又幾乎由氫氦組成的行星，那麼它一定是極度稀疏的，稀疏到星球外圍的氣體離核心太遠，引力已經無法將其保留在星球上，這些氣體會很快脫離星球——所以我們從來就沒有見過這種型別的行星。

事實上，地球的引力與溫度，導致其連甲烷、氨、氖這樣的分子量15-20的氣體都無法保留，地球能幸運地保留分子量18的水，完全是因為地球的溫度剛好能使水蒸氣在離地10公里的大氣層內（對流層）幾乎完全凝結，變成液體掉下去。（相信土衛六能有那麼多的甲烷，也是因為甲烷會在其大氣層某一高度液化。參見曇花再現：

土衛六的甲烷是怎麼形成的？）

那麼，為什麼天王星和海王星（冰巨星）的氫氦含量比木星土星這樣的氣巨星少很多？

現在一般認為，是因為天王星和海王星形成的時間比木星和土星稍晚，它們開始吸積氣體的時候，原行星盤中的氣體已經開始消散，所以未能吸積到足夠的氫氦，也就是說，天王星和海王星是失敗的氣巨星。