牧海科学馆2023-04-03 15:46·优质科学领域创作者

关注木星为什么会有那么多颜色 木星是一颗气态巨行星，总质量的75%都是氢，24%为氦，另外1%为其他气体。如果发射一枚火箭，能把整个木星引爆吗？木星中的氢以气体、液体以及金属氢的状态分布，但在现实中，点燃这些氢的可能性微乎其微。要明白为什么不能引爆木星，我们需要先认识木星的性质。在太阳系八大行星中，唯有木星被誉为“行星之王”，它最大的特点就是大，体积和质量都位于八大行星之首。木星的体积是地球的1327倍，质量是地球的318倍。把太阳系中其他7个行星的总质量加起来，也只有木星的40%。木星的质量实在太大，以至于太阳系的质心都被它拉到了的太阳表面之外，距离太阳中心约1.068个太阳半径。木星强大的引力还捕获了很多闯入太阳系的系外天体，人类已发现的卫星就有79个，但科学家认为，木星的小型卫星可能多达600个。木星的另一个特点是结构特殊，环境恶劣，这也决定了人类的火箭很难深入木星。1979年，美国的旅行者一号探测器在接近木星时拍下了震撼的画面：木星表面充满高速流动的气层，巨大的漩涡清晰可见，这其实就是木星表面的大气。和地球的大气层不同，木星的大气厚度达5000km，相当于地球直径的40%，气层中多急流和涡旋，每个半球都存在东西风交替的急流带。赤道上空的西风急流，平均流速可达300km/h，最快能达到460~540km/h。在2021年，科学家还观测到了木星两极的“强喷流”现象，风速高达1450km/h，是地球最强龙卷风的2.8倍。而在火箭的发射过程中，箭体能适应的最大风速也只有74km/h，木星的灾难级风暴很容易损坏火箭结构，导致飞行器解体。除了急流，木星的大气层中还有很多颜色、旋转方向各异的涡旋，最著名的就是“大红斑”。“大红斑”宽1.1万km，长2万km，是太阳系中最大的大气涡旋，它的直径可以装下2~3个地球。据科学观测，“大红斑”并不是短期的大气涡旋，它至少稳定运转了350多年。在木星的涡旋和急流中，云层剧烈摩擦，导致雷暴和闪电不断，但恶劣的环境才刚刚开始。随着深度增加，气层中的压力超过氢的相变临界点，使其由气态变成液态，在木星深层形成了液态氢的海洋。当温度达到9700℃，气压达到200GPa时，液氢进一步被压缩成具有导电性质的金属氢，核心边界的温度超过35000℃。金属氢层的内部则是完全未知的世界，人类目前还不能确定是否存在固体内核。有科学家认为，木星内部有一个石质的内核，并且由铁、硅组成。也有科学家表示，木星的内核与金属氢层之间没有明确的界限，一部分内核的重元素溶解在了金属氢中。就目前的观测水平而言，木星有无岩石内核还无法下定论。相对来说，在木星的大气层-液氢层-金属氢层中，最容易满足引燃条件的就是大气层。但实际上，这里的氢也无法被点燃，最主要的原因就是缺少氧化剂，氢的浓度过高，不符合燃烧的条件。我们所说的点燃氢气，指的是氢气和氧气发生燃烧的化学反应，反应温度也不高，574℃即可，静电火花就能满足这种温度要求。但在木星大气层中，原本就存在频繁的雷暴和闪电现象，但木星的大气层并没有因此变成火海，主要原因就是缺少氧气。即便用火箭运载液氧，也无法达成预期的引燃效果。因为氢氧的持续燃烧还需要满足浓度条件，氢气不得低于4%，氧气不得低于5%，二者均匀混合才能引发持续性燃烧。木星大气层中氢气浓度过高，大气分子有81%都是氢，氧含量远远低于1%，即便消耗掉地球上的所有氧气，也无法使木星上的氢、氧比例满足持续燃烧的条件。既然从最外层点燃不可行，那能否依靠内部的核聚变反应将木星“点燃”呢？我们知道，太阳之所以能持续燃烧，就是因为内部不断发生着核聚变反应，木星的氢元素含量与太阳相当，如果内部也发生核聚变，整个星球理论上就能充分“燃烧”。这种“燃烧”的本质是热核反应，不需要氧气也能持续进行。木星几乎演化到了现有行星的尺寸极限，但木星的核心还不满足核聚变的发生条件。最低的要求也要达到现有质量的13倍，木星核心的压力才刚够点燃氘聚变，此时的木星将成为一颗褐矮星。只有当质量增加到现有质量的75~80倍，木星才能演化成一颗恒星，但这也仅存在于人们的想象之中。#所见所得，都很科学# #木星#