木星没有固体表面,而是由氢和氦组成的气态巨行星,其内部结构从气体过渡到液态氢,再到金属氢,最终到达可能是热的、致密的金属液体和固体混合物的核心。木星的这种结构使其成为太阳系中一个独特而神秘的存在。
木星没有坚实的地面——没有表面,就像你在地球上踩过的草地或泥土一样。这里没有可供行走的地方,也没有可供飞船降落的地方。
但怎么可能呢?如果木星没有表面,它有什么?怎么能连在一起呢?
即使作为一名研究各种不寻常现象的物理学教授,我也意识到没有表面的世界的概念很难理解。然而,尽管美国宇航局的机器人探测器朱诺号已经开始绕这颗奇怪的行星运行第九个年头,但关于木星的许多事情仍然是个谜。
首先,一些事实
木星是距离太阳第五颗行星,位于火星和土星之间。它是太阳系中最大的行星,足以容纳 1000 多个地球,并且还有剩余空间。
虽然太阳系的四颗内行星——水星、金星、地球和火星——都是由固体、岩石材料构成的,但木星是一颗气态巨行星,其成分与太阳相似。它是一个翻腾、暴风雨、极度动荡的气球。木星上一些地方的风速超过 400 英里/小时(约 640 公里/小时),大约是地球上 5 级飓风的三倍。
寻找坚实的基础
从地球大气层顶部开始,下降约60英里(约100公里),气压不断增大。最终你会到达地球表面,无论是陆地还是水。
与木星相比:从其主要是氢和氦的大气层顶部附近开始,就像在地球上一样,越深入,压力就会增加。但在木星上,压力却是巨大的。
当你上方的气体层越来越向下推时,就像身处海底一样——但你周围不是水,而是气体。压力变得如此之大,以至于人体会发生内爆;你会被压扁的。
向下延伸 1,000 英里(1,600 公里),炽热、稠密的气体开始表现出奇怪的行为。最终,这种气体变成了液态氢,形成了太阳系中最大的海洋,尽管这是一个没有水的海洋。
再向下行驶 20,000 英里(约 32,000 公里),氢气变得更像流动的液态金属,这种材料非常奇特,直到最近,科学家们才在实验室中艰难地复制了它。这种液态金属氢中的原子被挤压得很紧,以至于它的电子可以自由漫游。
请记住,这些层的过渡是渐进的,而不是突然的;从普通氢气到液态氢再到金属氢的转变缓慢而平稳。任何一点都不存在尖锐的边界、固体材料或表面。
可怕到骨子里
最终,你将到达木星的核心。这是木星内部的中心区域,不要与表面混淆。
科学家们仍在争论核心材料的确切性质。最受青睐的模型:它不像岩石那样是固体,而更像是一种热的、致密的、可能是金属的液体和固体的混合物。
木星核心的压力非常巨大,就像一亿个地球大气层压在你身上,或者你身体的每一平方英寸上压着两座帝国大厦。
但压力并不是你唯一的问题。试图到达木星核心的航天器会被 35,000 华氏度(20,000 摄氏度)的极端高温融化。这比太阳表面热三倍。
木星帮助地球
木星是一个奇怪而令人生畏的地方。但如果木星不在附近,人类可能就不会存在。
这是因为木星充当了太阳系内行星(包括地球)的屏障。凭借其巨大的引力,木星数十亿年来改变了小行星和彗星的轨道。
如果没有木星的干预,一些太空碎片可能会坠落到地球上。如果发生了一场灾难性的碰撞,它可能会导致灭绝级别的事件。看看恐龙身上发生了什么就知道了。
也许木星为我们的存在提供了帮助,但这个星球本身却极其不适宜生命存在——至少,我们所知道的生命是这样的。
木星卫星木卫二的情况则不同,它也许是我们在太阳系其他地方寻找生命的最佳机会。
NASA 的 Europa Clipper 是一个机器人探测器,将于 2024 年 10 月发射,计划在该卫星上空进行约 50 次飞越,以研究其巨大的地下海洋。
木卫二的水中是否有生物存在?科学家们暂时不会知道。由于木星与地球的距离较远,探测器要到 2030 年 4 月才能抵达。
Benjamin Roulston ,克拉克森大学物理学助理教授 本文根据知识共享许可从The Conversation重新发布。