为什么土星的密度那么小，只有其他巨行星的一半？
土星密度低是因为它主要由低密度的物质——氢和氦（约占 90%）组成，作为对比，冰巨星天王星和海王星的氢氦大约只占 20%，它们的主要成分是天文学上称为“冰”的物质：水、氨、甲烷等等。 木星也是主要由氢氦组成的，那么木星为什么密度高于土星呢？ 我们来看维基百科上木星词条中的一段： 理论模型显示如果木星的质量比现在更大，而不是仅有目前的质量，它将会继续收缩[33]。质量上的些许改变，不会让木星的半径有明显的变化，大约要在 500地球质量（1.6MJup）才会有明显的改变[33]。尽管随着质量的增加，内部会因为压力的增加而缩小体积。结果是，木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径[34]。随着质量的增加，收缩的过程会继续下去，直到达到可察觉的恒星形成质量，大约是 50MJup 的高质量棕矮星[35]。 这就是说，木星的质量太大（318 倍地球），其引力导致了收缩，被压得更致密了。如果往木星里继续添加原料，它不仅不会变得更大，反而会变小。 如果宇宙中没有核聚变这回事，可以想象，持续地往木星这样的星体里添加物质，它会在巨大引力下继续缩小，密度越来越高，如果质量达到太阳那么大（其实远远不用太阳那么大），那么它将直接坍缩成一颗白矮星。 但事实上，因为核聚变的存在，当质量达到木星 13 倍以上时，会引发氘的聚变，星体就成为了棕矮星。因为核聚变放出的巨大能量会抵抗引力收缩，质量越大体积越小的规律才被打破。 当质量达到 65 倍木星质量，锂聚变会被引发。而达到 80 倍木星质量后，氕（氢 1）的聚变被引发，星体成为一个真正的恒星（红矮星）。恒星的密度，是引力收缩与核聚变放出的能量（会导致膨胀）平衡的结果。 而土星质量（95 倍地球）则远没有达到能够把自己压得很致密的程度。 我们也可以合理推测，如果存在一颗地球这么大质量而又几乎由氢氦组成的行星，那么它一定是极度稀疏的，稀疏到星球外围的气体离核心太远，引力已经无法将其保留在星球上，这些气体会很快脱离星球——所以我们从来就没有见过这种类型的行星。 事实上，地球的引力与温度，导致其连甲烷、氨、氖这样的分子量 15-20 的气体都无法保留，地球能幸运地保留分子量 18 的水，完全是因为地球的温度刚好能使水蒸气在离地 10 公里的大气层内（对流层）几乎完全凝结，变成液体掉下去。（相信土卫六能有那么多的甲烷，也是因为甲烷会在其大气层某一高度液化。参见昙花再现：土卫六的甲烷是怎么形成的？） *********************** 那么，为什么天王星和海王星（冰巨星）的氢氦含量比木星土星这样的气巨星少很多？ 现在一般认为，是因为天王星和海王星形成的时间比木星和土星稍晚，它们开始吸积气体的时候，原行星盘中的气体已经开始消散，所以未能吸积到足够的氢氦，也就是说，天王星和海王星是失败的气巨星。 查看知乎讨论
土星密度低是因为它主要由低密度的物质——氢和氦（约占 90%）组成，作为对比，冰巨星天王星和海王星的氢氦大约只占 20%，它们的主要成分是天文学上称为“冰”的物质：水、氨、甲烷等等。
木星也是主要由氢氦组成的，那么木星为什么密度高于土星呢？
我们来看维基百科上木星词条中的一段：
理论模型显示如果木星的质量比现在更大，而不是仅有目前的质量，它将会继续收缩[33]。质量上的些许改变，不会让木星的半径有明显的变化，大约要在 500地球质量（1.6MJup）才会有明显的改变[33]。尽管随着质量的增加，内部会因为压力的增加而缩小体积。结果是，木星被认为是一颗几乎达到了行星结构和演化史所能决定的最大半径[34]。随着质量的增加，收缩的过程会继续下去，直到达到可察觉的恒星形成质量，大约是 50MJup 的高质量棕矮星[35]。
这就是说，木星的质量太大（318 倍地球），其引力导致了收缩，被压得更致密了。如果往木星里继续添加原料，它不仅不会变得更大，反而会变小。
如果宇宙中没有核聚变这回事，可以想象，持续地往木星这样的星体里添加物质，它会在巨大引力下继续缩小，密度越来越高，如果质量达到太阳那么大（其实远远不用太阳那么大），那么它将直接坍缩成一颗白矮星。
但事实上，因为核聚变的存在，当质量达到木星 13 倍以上时，会引发氘的聚变，星体就成为了棕矮星。因为核聚变放出的巨大能量会抵抗引力收缩，质量越大体积越小的规律才被打破。
当质量达到 65 倍木星质量，锂聚变会被引发。而达到 80 倍木星质量后，氕（氢 1）的聚变被引发，星体成为一个真正的恒星（红矮星）。恒星的密度，是引力收缩与核聚变放出的能量（会导致膨胀）平衡的结果。
而土星质量（95 倍地球）则远没有达到能够把自己压得很致密的程度。
我们也可以合理推测，如果存在一颗地球这么大质量而又几乎由氢氦组成的行星，那么它一定是极度稀疏的，稀疏到星球外围的气体离核心太远，引力已经无法将其保留在星球上，这些气体会很快脱离星球——所以我们从来就没有见过这种类型的行星。
事实上，地球的引力与温度，导致其连甲烷、氨、氖这样的分子量 15-20 的气体都无法保留，地球能幸运地保留分子量 18 的水，完全是因为地球的温度刚好能使水蒸气在离地 10 公里的大气层内（对流层）几乎完全凝结，变成液体掉下去。（相信土卫六能有那么多的甲烷，也是因为甲烷会在其大气层某一高度液化。参见昙花再现：土卫六的甲烷是怎么形成的？）
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那么，为什么天王星和海王星（冰巨星）的氢氦含量比木星土星这样的气巨星少很多？
现在一般认为，是因为天王星和海王星形成的时间比木星和土星稍晚，它们开始吸积气体的时候，原行星盘中的气体已经开始消散，所以未能吸积到足够的氢氦，也就是说，天王星和海王星是失败的气巨星。
