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木星是由什么组成的? 木星属于太阳系大家族里的气态巨行星。与地球为代表的类地行星截然不同的是,木星大约99%的质量来自氢和氦。我们知道,地球坚硬的地壳主要由硅酸盐构成,稀疏的大气主要由氧气和氮气组成,但是木星从外到内都主要由氢和氦组成,密度逐渐升高,并没有界限分明的陆地和大气的概念。但是这并不意味着木星没有“核”,相反,长久以来,科学家认为由于质量堆积产生高压,木星中心有一个非常致密的核。但有趣的是,2016年,NASA发射到木星轨道的“朱诺”号探测器(JUNO)告诉我们,木星有一个相当稀疏,几乎延伸到将近木星半径一半的核区。有天文学家认为,这可能是因为木星形成不久后,一个巨大的行星胚胎和木星发生了剧烈的碰撞,导致本该致密的核弥散开来;也有天文学家认为,这样的结构可以在木星形成的过程中自然分层而成,并没有定论。这些对木星内部结构的研究的问题,如今也是行星科学、天文学里十分前沿、有热度的问题。本答案来自腾讯可持续社会价值事业部与中国儿童中心联合推出的系列科普图书《答案》,内容由领域科学家/专家校验通过。
木星是由什么组成的?
木星是整个太阳系中最大的行星。它的体积大概有1300个地球那么大。一个更加令人难以置信的事实是,木星比太阳系中其他所有行星的总体积的2.5倍还要大。
但是,不时有人断言,木星完全由气体组成。这一观点从某方面说来是真的。大概90%的木星是由氢气组成的,剩余10%则是氦气。除了这些气体,科学家同样检测到了微量的水蒸气、甲烷和氨。
木星南半球—朱诺号卫星摄(照片来源:Flickr)
但是,如果它全部由气体构成,它为何看起来像一个固体行星一样圆润又坚固?而且,如果它只是聚集的气体,这是否意味着宇宙飞船永远不会降落在地面上,而是像一辆穿越沙尘暴的汽车,从一端进入,从另一端离开?嗯…这不是真的吧。
木星是怎么形成的?
科学家们仍然不确定我们的太阳系究竟是如何形成的。我们最好的猜测是核心吸积模型,根据这个模型,太阳和它的行星都是由一团富含氢和氦的尘埃(星云的残余物)形成的。
这种可变性物质迅速旋转,导致其中心的质量和压力呈指数级增加。最终,这个位于中心的稠密实体变成了太阳。太阳的太阳风将剩余的氢和氦吹向太空。边缘上的物质逐渐合并,达到临界质量后,积聚了更多的气体和质量,逐渐形成我们现在看到的行星。
银河系中心
太阳系的轨道(图片来源:NASA)
前四颗行星是类地行星,其核心由金属岩石构成。然而,这些行星的质量不足以吸引氢气和氦气聚拢在他们周围形成大气层。
另一方面,如木星、土星和海王星等更大的行星,不仅质量巨大,而且远离这场宇宙混乱。当这些气体分子的速度减小时,它们就更容易被重力所束缚。这就是为什么木星主要由氢气和氦气组成,它也因此常被称为气态巨行星。
那么关于木星的内核如何解释呢?
木星的内核
木星的构造类似于一颗恒星。就像太阳本身一样,它完全是由气体构成的,非常热,而且密度非常大。然而,它的质量或密度不足以维持核聚变——而这是一个为恒星提供燃料的过程。
但是如果它的质量是现在的80倍,那么它会由于重力压缩而产生核聚变所需的热量和压力。
因此我们会说它几乎就是一颗恒星了。
以太阳为灵感、木星吃薯条的卡通形象
科学家尚不确定木星的核心是由什么构成的。就像恒星的核心一样,因为它肩负着自身的巨大质量,木星的核心也承受着天文意义上的压力。这类似于人们在游泳池中越游越深,由于上层水的重量而感受到的压力增加。
地核的压力是地表压力的350万倍。木星不仅拥有更大的质量,而且它的核心离表层也深得多—事实上,其深度是地球的11倍。那里的压力是地球表面压力的0.5-1亿倍!但是这些条件仍然不足以使木星成为一颗恒星。
这个剖面图描绘了木星内部的结构,核心岩石被一层液态金属氢覆盖。(图片来源:Kelvinsong/wikimedia Commons)
压力的升高会使周围区域升温至到极高温度。在这样的环境中,现有物理学知识是无法预测其实际状态的。
科学家们怀疑,地核可能被一层氢所包围,但如此极端的条件下,氢会转变成液体。所以更深层的氢会呈现出金属形态!据推测,这一层的金属氢会被另一层分子氢所阻碍。核心中的金属氢的温度约为35000°C。这甚至比太阳表面的温度还要高!
木星没有坚实的地表岩石,只有一层大气,其中一层一层的气体堆积在另一层之上。它的“表面”被定义为大气压力等于地球压力的点。在这一点上,重力的拉力大小是地球的两倍。如果一艘宇宙飞船要降落在木星表面,它不会像我提到的那样优雅地穿过,而是穿过稠密的氢云,直到最终跌入核心。
换句话说,这个星球不仅仅是气体。
木星的彩色漩涡状云
(图片来源:ESA/Hubble/wikimedia Commons)
至于为什么这个气态巨行星是球形的,那是因为重力与结构或质地无关,尽管它的主要组成物质是气体。如果一个物体足够重,不管它的形状如何,重力都会迫使它所有的质量被均匀地拉向大质量的中心。因此,任何向外倾斜的物体都向内拉伸,形成一个球体。
尽管如此,木星核心的坚固性仍备受争议。如前所述,有些人认为其核心是熔融的高温液态球体,而另一些人则认为可能存在比地球重量大14-18倍的固体岩石。
因此,与传统观点相反,地球可能不完全是气体,而是流体。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Akash Peshin- sciabc
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