木星:内外矛盾的巨人
作为太阳系八大行星中最大的一颗行星,木星的体积非常惊人,远超其他行星。然而,与其体积巨大相对应的是,木星由于严重受气候影响,外表呈现出各种奇特的形态,极为不规则,很难确定其固态表面。所以,我们才称之为气态行星,而不是固态行星。那么,木星上的气体究竟占多少比重呢?据科学家们的估算,氢占其质量的大约75%,氦占其质量的大约24%,而其他元素则占质量的剩余小部分。也就是说,虽然木星表面没有确定的固态表面,但木星内部却有一个巨大的、由重元素构成的固态核心,其质量在地球的12倍至45倍之间。
其次,事实上木星的结构是比较复杂的。从表面往下数,木星分别被分为气态层、液态层和固态层三个部分。其外层是由气态的氢和氦构成的,愈渐靠近木星的中心,气体被极端的压力“挤压”成液态,其中气体密度越来越大,终至形成固态的内核。更特别的是,随着深度的增加,木星上的物质温度也随之而上升,使得其状态更趋复杂。在较浅的位置,约为-公里处,物质仍然处于相当温和的状态,可以生成更多的化合物。随我而下,温度越来越高,约为公里处时,物质进入到变异状态,之后,物质的密度及温度不断上升,约为00公里处,氢和氦已不能保持电中性。直至约为0公里深处,极端的压力会将氢原子中的电子“挤”出来,使其像金属一样可以导电,这种状态的氢也被称为“金属氢”。最后,在最深处,即木星内部的核心层,固体材料包括玻璃、岩石和金属都开始出现。
如果木星上的气体全部消失
那么,根据楼上的介绍,假如在某种奇怪的原因下,木星上的气体被全部吹走,又会出现什么样的情况呢?注:木星的气态层主要包含氢、氦和甲烷等元素,这也是形成木星云层的主要来源。
首先,木星的云层因为元素的不同,呈现出各种鲜艳的色彩,但是都是由氢、氦、甲烷以及其它杂质元素组成的。同时,木星云层中还有相当数量的微小固态颗粒物,例如硅酸钠,使得云层更趋于复杂。只要木星上的气体被全部消失,这些漂浮的颗粒便会失去支持,转而落回到木星固态内核上方。而像球状闪电、极光、大红斑等显著特征,也会因木星失去气态层而消失不见。
其次,木星的磁层也因木星失去气态层而受到不同程度的影响。木星拥有一个强大的磁层,是太阳系中最强的之一,其强度是地球磁场的约倍。而这个强磁场正是由木星气态层中的巨量氢离子轨道所形成的洛伦兹力引起的,这也是太阳系中最大的一种自然生成的磁场。在气态层的帮助下,这个磁场也能维持得很好,不仅具有保护木星太空探测器的作用,还能提供一种环保的辐射带,它能吸引日常太空中的大量恶劣离子,让它们失去对木星周边空间的威胁。然而一旦木星气态层被消失,其强大的磁层将会分崩离析,恶劣的辐射便会在太空中泛滥,这不利于任何形式的生命存在。但实际上,在当前人类科技水平下人类难以在这样的环境下生存在木星上,因其极为恶劣的环境及气压等条件。
此外,木星内部有一种流体流动形式,即所谓的大气环流,其风速可高达米每秒。木星大气环流比地球和天王星等行星都要更为管弦,可以说就是飓风的天堂。大红斑就是木星上最漂亮的一处环流。大正时期,英国的一个数学家们霍普金斯和拉塞尔曾经通过观察这个巨大的石英物体,预测出了大红斑的存在,这是天文史上最早的“数学预测”的例子。而恰恰这样的环流也是由气态层中氢、氦等物质导致的。当气态层中的这些物质失去时,木星的环流自然也会受到很大的影响。
“冥府行星”是怎样形成的?
在过去的几十年间,随着科技水平的不断提高,人类发现了越来越多的未知行星,其中有一类行星尤其引人注目,那就是冥府行星。与木星先前的情形不一样,这些行星是由在原本轨道周边逐渐萎缩的气体组成的。当它们的气体全部被主星剥离后,只留下一个较小的固态内核,这就是冥府行星。这些行星的内部结构和组成物质与木星类似,都由重元素构成的固态内核和少量的气态覆盖层组成。
然而,对于冥府行星的形成机制,科学家们并没有一个统一的解释。有些人认为,它们是经过气体巨星撕裂而形成的。根据这个理论,一颗巨大的气态行星被主星吞并,但其固态内核却因其重量而无法被液态气体卷入主星内部,于是逐渐漂移到主星周边的较远处。随着时间的推移,气态行星的大气不断被主星剥离,固态内核逐渐暴露并形成了一个新的行星。另外,也有人认为,冥府行星是未能形成为成熟的气态行星,因为它们在形成过程中遭遇到不同的干扰,无法继续积累足够的气态物质并被主星“清除”。
TOI-b:一颗“冥府行星”
最近,宇宙中又出现了一颗可能是“冥府行星”的行星——TOI-b行星。它是一颗距离地球约70光年的热木星,大约与太阳系海王星的大小相似,质量却大约是海王星的2.倍、地球的9.1倍,密度约为5.2克/立方厘米,与像地球这样的岩石行星相当。更重要的是,该行星离其主星非常近,每18个小时就会围绕主星公转一次,这也让科学家怀疑它曾经是一颗大气行星,但现在已经被主星剥离了所有的气体。
TOI-b行星的具体情况目前还需要更多的观测和研究来揭示,但它的存在为我们了解行星的演化历史提供了一个新的视角。虽然地球上的生命可能不会在这样的环境下生存,但这对于理解行星形成和演化的过程具有重要的意义,可以帮助我们更好地认识宇宙的本质。
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